Nové materiály pro organickou a hybridní elektroniku a fotoniku
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Obor organické elektroniky nabízí jedinečnou možnost masové výroby levné a ekologicky přívětivé elektroniky. Otevírá dveře novým funkcím a tvarům zařízení, které standardní elektronika na bázi kovu a křemíku neumožňuje Možnosti dané povahou organických látek a pokrok ve výzkumu syntézy nás zásobují novými materiály pro fotonické aplikace. Hlavní motivací této práce je hledání nových materiálů a zkoumání vztahu mezi jejich molekulární (a krystalickou) strukturou a vlastnostmi. Tato práce je zaměřena na studium optických a/nebo elektrických vlastností nových materiálů pro fotonické aplikace. Materiály prezentované v práci jsou organické i hybridní organicko-anorganické, u nichž je snaha získat to nejlepší z obou světů. Výzkum prezentovaný v této práci se skládá ze tří samostatných částí, které jsou propojeny cílem studovat vztah mezi strukturou materiálu a jeho vlastnostmi a metodami používanými ke studiu těchto vlastností. První část si klade za cíl představit materiály vykazující účinnou fluorescenci v pevné fázi (Solid-State Fluorescence, SSF). V této práci jsou prezentovány dvě série materiálů vykazujících SSF. Barva emise je řízena změnami skupin přitahujících elektrony v push-pull systémech molekul. Výsledky ukazují efektivní (>10%) emise pokrývající většinu viditelného spektra (~450–650 nm). Druhá část prezentovaného výzkumu zkoumá vliv thionace na známou skupinu nízkomolekulárních polovodičů – diketopyrrolopyrrolů (DPP). Prezentované výsledky ukazují ve studovaných molekulách výraznou preferenci n-typové chování následkem thionace, s řádovým zvýšením pohyblivosti elektronů, a také působivě nízko ležící hladiny LUMO (~ 4,5 eV). Třetí část uvedených výsledků je zaměřena na perovskitové materiály pro fotonické aplikace. Hybridní materiál – organo-olovnato-halogenidový perovskit je již téměř půldruhého desetiletí v centru pozornosti výzkumníků v oblasti pokročilé fotoniky. Perovskitové solární články prokazují pozoruhodnou účinnost, avšak jejich využití stále brání problémy se stabilitou. V této práci je prezentována studie stability jako referenční bod pro další výzkum v této oblasti a pro získání vhledu do procesů ovlivňujících stabilitu perovskitových materiálů a solárních článků. Následně je navržen a otestován přístup ke zvýšení stability a výkonu článků, využívající materiály studované ve druhé studii.
The field of organic electronics offers the unique possibility of mass production of cheap and environmentally friendly electronics. It opens doors to novel functionalities and device forms not possible with the standard metal- and silicon-based electronics. The possibilities given by the nature of organic compounds and progress in synthetic research supply new materials for photonic applications. The search for novel materials and the investigation of the relationship between the molecular (and crystalline) structure and properties of the material are the main motivation of this thesis. This thesis is focused on study of optical and/or electrical properties of novel materials for photonic applications. The materials presented in the thesis are both organic and hybrid organic-inorganic ones, trying to get the best of both worlds. The research presented in this thesis comprises three distinct parts interconnected by the aim to study the relationship between the structure of material and its properties and by the methods used to study these properties. The first part aims to present efficient solid-state fluorescent (SSF) materials. In this thesis two series of SSF materials are presented. The colour of the emission is controlled by varying the electron withdrawing groups in the push-pull systems of molecules. The results show efficient emission (>10 %) covering most of the visible spectrum (~450–650 nm). The second part of the research investigates the effect of thionation on the well-known small-molecule group of semiconductors, diketopyrrolopyrroles (DPPs). The presented result shows a notable preference for n-type behaviour upon thionation with increase of electron mobilities by orders of magnitude, as well as impressively low lying LUMO levels (~ 4,5 eV) in the studied molecules. The third part of the presented results aims at perovskite materials for photonic applications. The hybrid material, organo-lead-halide perovskite, has been the center of attention of researchers interested in advanced photonics for almost a decade and half. The perovskite solar cells have shown remarkable efficiency, however, their utilization is still hindered by stability issues. A stability study is presented as a reference point for further research on this topic and to gather insight into processes influencing the stability of perovskite material and solar cells. Then an approach to increase the stability and performance of the cell is proposed and tested utilizing materials studied in the second study.
The field of organic electronics offers the unique possibility of mass production of cheap and environmentally friendly electronics. It opens doors to novel functionalities and device forms not possible with the standard metal- and silicon-based electronics. The possibilities given by the nature of organic compounds and progress in synthetic research supply new materials for photonic applications. The search for novel materials and the investigation of the relationship between the molecular (and crystalline) structure and properties of the material are the main motivation of this thesis. This thesis is focused on study of optical and/or electrical properties of novel materials for photonic applications. The materials presented in the thesis are both organic and hybrid organic-inorganic ones, trying to get the best of both worlds. The research presented in this thesis comprises three distinct parts interconnected by the aim to study the relationship between the structure of material and its properties and by the methods used to study these properties. The first part aims to present efficient solid-state fluorescent (SSF) materials. In this thesis two series of SSF materials are presented. The colour of the emission is controlled by varying the electron withdrawing groups in the push-pull systems of molecules. The results show efficient emission (>10 %) covering most of the visible spectrum (~450–650 nm). The second part of the research investigates the effect of thionation on the well-known small-molecule group of semiconductors, diketopyrrolopyrroles (DPPs). The presented result shows a notable preference for n-type behaviour upon thionation with increase of electron mobilities by orders of magnitude, as well as impressively low lying LUMO levels (~ 4,5 eV) in the studied molecules. The third part of the presented results aims at perovskite materials for photonic applications. The hybrid material, organo-lead-halide perovskite, has been the center of attention of researchers interested in advanced photonics for almost a decade and half. The perovskite solar cells have shown remarkable efficiency, however, their utilization is still hindered by stability issues. A stability study is presented as a reference point for further research on this topic and to gather insight into processes influencing the stability of perovskite material and solar cells. Then an approach to increase the stability and performance of the cell is proposed and tested utilizing materials studied in the second study.
Description
Keywords
-konjugované materiály, organická elektronika, optické vlastnosti, elektrické vlastnosti, fluorescence v pevné fázi, diketopyrrolopyrroly, organické polovodiče, perovskit, perovskitová fotovoltaika, -conjugated materials, organic electronics, optical properties, electrical properties, solid-state fluorescence, diketopyrrolopyrrols, organic semiconductors, perovskite, perovskite photovoltaics
Citation
KRATOCHVÍL, M. Nové materiály pro organickou a hybridní elektroniku a fotoniku [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2022.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Chemie, technologie a vlastnosti materiálů
Comittee
doc. Mgr. Martin Vala, Ph.D. (předseda)
doc. Mgr. Petr Táborský, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Petr Humpolíček, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Ota Salyk, CSc. (člen)
prof. Ing. Oldřich Zmeškal, CSc. (člen)
Dr. Cigdem Yumusak, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2022-06-09
Defence
Předseda komise představil doktoranda. Obhajoba probíhala v angličtině. Ing. Kratochvíl má mezinárodní zkušenosti, v roce 2019 se zúčastnil stáže v Linci. U svém doktorandovi pohovořil také školitel. Ve své powepointové prezentaci představil doktorand výsledky své disertační práce. Oponenti přečetli posudky, které obsahovaly řadu dotazů, nicméně byly pozitivní a doporučovaly práci k obhajobě. Následně se rozvinula diskuze, v rámci níž byla položena řada dotazů, na které doktorand odpověděl uspokojivým způsobem. Otázky jsou uvedeny na přiložených lístcích, které se archivují.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení