Ανάπτυξη και Χαρακτηρισμός Λεπτών Υμενίων Οργανικών Φωτοβολταϊκών Διατάξεων Μικρών Μορίων – Βελτιστοποίηση Ενεργού Στρώματος και Μελέτη Επίδρασης Ρυθμιστικών Στρωμάτων Ανόδου στα Ηλεκτρικά Χαρακτηριστ
Creators: name: Κυριαζούδης, Κωνσταντίνος Χρήστου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: Οργανικά Φωτοβολταϊκά
Μικρά Μόρια
Θερμική Εξάχνωση Κενού
Organic Solar Cells
Small Molecules
Vacuum Thermal Evaporation

description: Τα Οργανικά Φωτοβολταϊκά (OPVs) είναι ένα πεδίο το οποίο προσελκύει συνεχώς όλο και περισσότερο το ενδιαφέρον τόσο της επιστημονικής κοινότητας όσο και των επενδυτών. Η δυνατότητά τους να παράγονται μαζικά με απλές και λιγότερο κοστοβόρες διαδικασίες από αυτές των φωτοβολταϊκών πυριτίου και να αναπτύσσονται σε μεγάλες, εύκαμπτες, ελαφριές και ημιδιαφανείς διατάξεις καθιστά τα OPVs ιδιαίτερα ελκυστικά. Στην παρούσα εργασία οι Διατάξεις αναπτύχθηκαν με τεχνικές κενού. Οι τεχνικές αυτές έχουν την ικανότητα να αναπτύσσουν υψηλής ποιότητας υμένια, απαλλαγμένα από ανεπιθύμητες προσμίξεις, ενώ ταυτόχρονα ο έλεγχος και η ακρίβεια της διαδικασίας είναι σε ατομικό επίπεδο, κάτι που είναι κρίσιμης σημασίας στις διαστάσεις του νανομέτρου. Επίσης, οι τεχνικές κενού προσφέρουν μεγάλη ελευθερία στην υπέρθεση αλλεπάλληλων υμενίων και στη δημιουργία πολύπλοκων δομών, σε αντίθεση με τις τεχνικές εκτύπωσης, ενώ ταυτόχρονα προστατεύουν το προσωπικό από επικίνδυνους διαλύτες μειώνοντας περαιτέρω το κόστος. Στην παρούσα εργασία παρατίθενται οι χαρακτηρισμοί των υμενίων από τα οποία αποτελούνταν οι Διατάξεις των πειραμάτων. Σε αυτούς συμπεριλαμβάνονται μετρήσεις περίθλασης και ανακλαστικότητας Ακτίνων-Χ για τον προσδιορισμό της κρυσταλλικότητας, της επιφανειακής τραχύτητας, του πάχους και της πυκνότητας των υμενίων, μετρήσεις AFM για τον προσδιορισμό της επιφανειακής τοπογραφίας των υμενίων και μετρήσεις Φασματοσκοπικής Ελλειψομετρίας για τον προσδιορισμό των οπτικών τους ιδιοτήτων. Οι Διατάξεις της παρούσας εργασίας είναι Επίπεδης Ετεροεπαφής (Planar Hetrojunction / PHJ) και το ενεργό στρώμα αποτελείται από υμένια φθαλοκυανίνης χαλκού (Copper Phthalocyanine / CuPc) και C60 ανεπτυγμένα με Θερμική Εξάχνωση Κενού (Vacuum Thermal Evaporation). Σε όλες τις Διατάξεις η άνοδος ήταν οξείδιο ινδίου-κασσιτέρου (ΙΤΟ) και η κάθοδος Ca / Al ανεπτυγμένη με VTE. Αρχικά έγινε βελτιστοποίηση του πάχους του ενεργού στρώματος με PEDOT:PSS για Ρυθμιστικό Στρώμα Ανόδου (Anode Buffer Layer / ABL) το οποίο αναπτύχθηκε με spin coating. Στη συνέχεια, και με το βέλτιστο Ενεργό Στρώμα, δοκιμάστηκαν MoO3 και CuI για ABL τα οποία αναπτύχθηκαν με VTE. Βελτιστοποιήθηκε το πάχος των υμενίων αυτών και μελετήθηκε η απόκριση των Διατάξεων στη θερμική ανόπτηση.
description: Organic Photovoltaics (OPVs) is a research field that increasingly attracts the interest of not only the scientific community, but also the various investors. The massive production of OPVs , with the use of simple and of less cost procedures compared to silicon based photovoltaics , and also their ability to develop onto large, flexible, light and semi-transparent devices, render them remarkably attractive. This diploma thesis investigates devices being developed with vacuum technics. These technics have the ability to develop high quality films, free from undesired admixtures and in the same time to maintain the control and the precision of the process at atomic level, which is of vital importance in nano scale. Moreover, the use of vacuum technics allows to create complex structures by stratifying consecutive films, in opposition to printing technics, while protecting the staff from dangerous solvents, reducing even more the cost of the process. The characterisations of the films consisting the devices used in the experiments are detailed in this diploma thesis. These include: a) X-Rays Defraction and Reflectivity measurements, for crystallinity, surface roughness, thickness and density specification of films, b) AFM measurements , for surface topography definition of films and c) Spectroscopic Ellipsometry measurements, for the investifgation of the optical properties of films. The devices used for the needs of this diploma thesis are Planar Hetrojunction (PHJ) , while the Active Layer consists of Copper Phthalocyanine (CuPc) and C60 films, developed by Vacuum Thermal Evaporation (VTE) technic. In all devices the anod was ITO and the cathod was Ca/Al developed by VTE. Initially, PEDOT:PSS for Anode Buffer Layer ( ABL) developed with spin coating method was used for Thickness Optimisation of the Active Layer. Next, using this optimized Active Layer, MoO3 and CuI for ABL developed by VTE were now used. Finally, the thickness of these films was optimized and the device behavior to thermal annealing was studied.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)