Εκτύπωση και μελέτη λεπτών υμενίων αγώγιμων οργανικών υλικών με roll-to-roll βαθυτυπία (gravure) για εύκαμπτες ηλεκτρονικές διατάξεις:
Creators: name: Καπνόπουλος, Χρήστος Σάββα
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2011
Subjects: Βαθυτυπία
Υμένια
Οργανικά
Gravure printing
Thin films
Organic

description: Η ανακάλυψη των αγώγιμων/ημιαγώγιμων πολυμερών έφερε επανάσταση στον τομέα των οπτοηλεκτρονικών και της ενέργειας. Το 2000 το βραβείο Nobel Χημείας απονεμήθηκε στους Alan MacDiarmid, Hideki Shirakawa και Alan J. Heeger για την ανακάλυψη και την ανάπτυξη των ηλεκτρικά αγώγιμων πολυμερών. Τα αγώγιμα πολυμερή αποτελούν μια νέα γενιά υλικών, τα οποία συνδυάζουν τις ηλεκτρικές ιδιότητες των μετάλλων και των ημιαγωγών με τα πλεονεκτήματα των πλαστικών με πληθώρα πρακτικών εφαρμογών. Το χαμηλό κόστος, η ευκολία παρασκευής, οι καλές μηχανικές ιδιότητες, καθώς και η εύκολη μεταβολή των ιδιοτήτων τους είναι μερικοί από του λόγους οι οποίοι δίνουν τη δυνατότητα στα αγώγιμα πολυμερή να χρησιμοποιηθούν σε πολλές τεχνολογικές εφαρμογές, αντικαθιστώντας τους συνήθεις ημιαγωγούς και μέταλλα. Τέτοιες εφαρμογές είναι οι εύκαμπτες Οργανικές Διατάξεις Εκπομπής Φωτός (Organic Light Emitting Diodes, OLEDs) καθώς και τα εύκαμπτα οργανικά φωτοβολταϊκά (Organic Photovoltaic, OPVs). Τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα που προσδίδουν τα αγώγιμα πολυμερή σε αυτές τις διατάξεις είναι ότι μπορούν να κατασκευαστούν με roll-to-roll (R2R) διεργασίες ευκολότερα, γρηγορότερα και με πολύ χαμηλότερο κόστος με αποτέλεσμα να μπορούν να ανταγωνιστούν ή ακόμα και να ξεπεράσουν τις αντίστοιχες συμβατικές διατάξεις. Πολλές προσπάθειες στον τομέα τον εύκαμπτων οργανικών ηλεκτρονικών γίνονται για τη κατασκευή διατάξεων με χαμηλότερο κόστος, αλλά και τη βελτίωση των ιδιοτήτων των αγώγιμων/ημιαγώγιμων πολυμερικών υλικών. Η παρούσα εργασία έχει ως σκοπό τη μελέτη της ανάπτυξης λεπτών υμενίων του ευρέως χρησιμοποιούμενου ως ηλεκτρόδιο σε τέτοιες διατάξεις αγώγιμου πολυμερούς Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) σε πολυμερικά υποστρώματα PET καθώς και των οπτικών, δομικών και επιφανειακών ιδιοτήτων τέτοιων υμενίων. Το πρώτο μέρος της εργασίας είναι το θεωρητικό μέρος και διαιρείται σε τέσσερα κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο αναφέρονται εν συντομία οι βασικές αρχές λειτουργίας των OLEDs και των OPVs, καθώς και μια εισαγωγή στα εύκαμπτα υποστρώματα και πιο συγκεκριμένα στο PET (Poly Ethylene Terephthalate), αλλά και στα συζυγή πολυμερή εστιάζοντας στο PEDOT:PSS. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται περιγραφή των μεθόδων τροποποίησης πολυμερικών επιφανειών σε R2R διεργασίες με Corona. Στο τρίτο κεφάλαιο αναφέρονται τα γενικά χαρακτηριστικά των τεχνικών εκτύπωσης εστιάζοντας στην τεχνική Gravure Printing με R2R διεργασίες. Τέλος στο τέταρτο κεφάλαιο δίνεται το θεωρητικό υπόβαθρο των πειραματικών τεχνικών χαρακτηρισμού που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτήν την εργασία. Το δεύτερο μέρος της εργασίας περιλαμβάνει το πειραματικό μέρος και τα αποτελέσματα που προέκυψαν από μια σειρά πειραμάτων που διεξήχθησαν στo πλαίσιο αυτής της εργασίας. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται μελέτη της τροποποιημένης επιφάνειας του PET με Contact Angle αλλά και μελέτη των δονητικών ιδιοτήτων της επιφάνειας του υποστρώματος με τη μέθοδο της IR Φασματοσκοπικής Ελλειψομετρίας. Ακολούθως το έκτο κεφάλαιο αναφέρεται λεπτομερώς στην εκτύπωση με Gravure Printing λεπτών υμενίων PEDOT:PSS με R2R διεργασίες. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στις συνθήκες εκτύπωσης και το πως αυτές επηρεάζουν τις οπτικές, ηλεκτρικές και νανοτοπογραφικές ιδιότητες των εκτυπωμένων λεπτών υμενίων PEDOT:PSS με R2R διεργασίες. Στο έβδομο κεφάλαιο γίνεται προσπάθεια αύξησης της αγωγιμότητας των λεπτών υμενίων PEDOT:PSS με χρήση διαλυμάτων PEDOT:PSS διαφορετικών τύπων καθώς και τροποποίησής τους με χρήση διαλυτών.
description: The discovery of conductive/semi conductive polymers brought a revolution in optoelectronics and energy. The Nobel prize of chemistry in 2000 was awarded to Alan MacDiarmid, Hideki Shirakawa and Alan J. Heeger for the discovery and synthesis of electrically conductive polymers. The conductive polymers are a new generation of materials that combine the electrical properties of metals and semiconductors with the advantages of plastics and can be used in a variety of applications. The low cost, ease of preparation, good mechanical properties and easy modification of their properties are among the reasons which allow the conductive polymers for use in many technological applications, replacing the usual semiconductors and metals. Such applications are flexible Organic Light Emitting Devices (Organic Light Emitting Diodes, OLEDs) and flexible organic photovoltaic’s (Organic Photovoltaic, OPVs). The major advantages of conductive polymers is that they can be manufactured with roll-to-roll (R2R) processes easier, faster and with much lower costs so they can compete or even overcome the conventional systems. Many efforts in the field of flexible organic electronics have been paid on the manufacturing characterized by lower cost, and improving of the properties of conductive/semi conductive polymeric materials. This work aims at studying the growth conditions and optical, structural and nanotopographical properties of the widely used as an electrode material conductive polymer Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) R2R printed on polymeric substrates such as PET. The first part of the work (theoretical) is divided into four chapters. The first chapter briefly referred to the basic operating principles of OLEDs and OPVs, and gives an introduction to flexible substrates and particularly of PET, but also of conjugated polymers focusing on the PEDOT:PSS material. The second chapter contains a description of the currently used methods for activation of polymer surfaces in R2R processes with Corona. The third chapter contains the general characteristics of the printing techniques focusing on R2R Gravure Printing. Finally, the fourth chapter gives the theoretical background of experimental characterization techniques used in this work. The second part of the work (experimental) contains the results from a series of experiments conducted in this work. The fifth chapter refers to the activated surface of PET substrate with has been studied by Contact Angle as well as the bonding structure of the surface layer by means of IR Spectroscopic Ellipsometry. Then the sixth chapter focuses on the R2R Gravure Printing optimization of PEDOT:PSS thin films. In particular, emphasis is given on the printing conditions and how they affect the optical, electrical, and nanotopographical properties of the printed thin films. Finally, in the last seventh chapter attempts for improving the conductivity of R2R printed PEDOT:PSS films are reported. In particular, the printing of blends of different PEDOT:PSS formulations as well as the treatment of PEDOT:PSS films with solvents are studied.