Organik Tek Kristal Yarıiletkenlerin Büyütülmesi, Karakterizasyonu Ve İkili-Tabaka Güneş Pillerinde Uygulanması

KIRBIYIK, Çisem

Organik Tek Kristal Yarıiletkenlerin Büyütülmesi, Karakterizasyonu Ve İkili-Tabaka Güneş Pillerinde Uygulanması

Yürütücü

Çisem KIRBIYIK (KONYA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ, MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ, KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ)

7 5

Proje Grubu: MAG Sayfa Sayısı: 83 Proje No: 118M641 Proje Bitiş Tarihi: 15.02.2020 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 24-03-2021

Organik Tek Kristal Yarıiletkenlerin Büyütülmesi, Karakterizasyonu Ve İkili-Tabaka Güneş Pillerinde Uygulanması

Öz:

Organik yarıiletkenler üstün elektriksel ve optik özelliklerinin yanı sıra kolay uygulanabilirlik ve büyük ölçekli üretimlerde sagladıgı avantajlardan dolayı son yıllarda elektronik cihaz alanında büyük ilgi görmektedir. Bilindigi gibi, organik yarıiletkenlerin moleküler yapıları ve düzenlilikleri elektronik cihaz uygulamalarında oldukça önemli bir parametredir. Düzenli yapıda büyüme göstermesi transistör veya günes pilleri gibi cihazların yüksek yük mobilitesi ve difüzyon uzunlugu elde edilmesinde önemli bir avantajdır. Organik yarıiletkenlerin ince filmlerinin günes pillerine uygulanması ile ilgili çok sayıda çalısma olmasına ragmen, tek kristal formda günes pili uygulamaları oldukça azdır. Proje kapsamında, seçilen organik malzemelerin inert gaz akısında fiziksel buhar tasınımı (PVT) ve sprey piroliz yöntemiyle ile istenen boyut ve kalitede tek kristallerinin büyütülmesi ve ikili tabaka günes pillerinde denenmesi üzerine çalısmalar yapılmıstır. Seçilen yarıiletkenler; rubren, antrasen, pentasen, tetrasen, spiro-OMeTAD, bakır fitalosiyanin ve çinko fitalosiyanindir. Genis bir literatür arastırması yapılmıs, bunun yanında organik yarıiletkenlerin tek kristallerinin büyütülmesi ve günes pili denemeleri ile ilgili yürütülen çalısmalarda elde edilmis basarılı sonuçlar ısıgında tek kristal organik yarıiletkenlerle ilgili cihaz uygulamaları gelistirilmeye çalısılmıstır. PVT ve sprey piroliz yöntemleri organik yarıiletkenlerin elde edilebilmesi için uygun ve kontrolü kolay bir yöntemdir. Elde edilen her bir tabaka ve üretilen günes pilleri optik mikroskop, X-ısını difraktometresi (XRD), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), taramalı elektron mikroskobu (SEM), UV-Vis spektrofotometresi ve solar simülatör ile karakterize edilmistir. Projeye özgün olarak ikili-tabaka organik günes pilleri konusunda yeni tasarımlar önerilmistir.

Anahtar Kelime: fiziksel buhar tasınımı (pvt) günes pili organik tek kristal çözelti süreçleri

Konular: Mühendislik, Kimya

Erişim Türü: Erişime Açık

The Electronic Structure of Organic Semiconductors, In: Electronic Processes in Organic Semiconductors, Eds, p. 1-86.
Bernede, J. C., 2008, Organic Photovoltaic Cells: History, Principle and Techniques, Journal of the Chilean Chemical Society, 53 (3), 1549-1564.
Briseno, A. L., Holcombe, T. W., Boukai, A. I., Garnett, E. C., Shelton, S. W., Fréchet, J. J. M. ve Yang, P., 2010, Oligo- and Polythiophene/ZnO Hybrid Nanowire Solar Cells, Nano Letters, 10 (1), 334-340.
Buurma, A. J. C., Jurchescu, O. D., Shokaryev, I., Baas, J., Meetsma, A., de Wijs, G. A., de Groot, R. A. ve Palstra, T. T. M., 2007, Crystal Growth, Structure, and Electronic Band Structure of Tetracene−TCNQ, The Journal of Physical Chemistry C, 111 (8), 3486- 3489.
Cheng, H.-L., Mai, Y.-S., Chou, W.-Y., Chang, L.-R. ve Liang, X.-W., 2007, Thickness- Dependent Structural Evolutions and Growth Models in Relation to Carrier Transport Properties in Polycrystalline Pentacene Thin Films, Advanced Functional Materials, 17 (17), 3639-3649.
Claessens, C., Blau, W., Cook, M., Hanack, M., Nolte, R., Torres, T. ve Wöhrle, D., 2001, Phthalocyanines and Phthalocyanine Analogues: The Quest for Applicable Optical Properties, Monatshefte fuer Chemie/Chemical Monthly, 132, 3-11.
Coropceanu, V., Cornil, J., da Silva Filho, D. A., Olivier, Y., Silbey, R. ve Brédas, J.-L., 2007, Charge Transport in Organic Semiconductors, Chemical Reviews, 107 (4), 926-952.
Cui, Q. H., Jiang, L., Zhang, C., Zhao, Y. S., Hu, W. ve Yao, J., 2012, Coaxial Organic p-n Heterojunction Nanowire Arrays: One-Step Synthesis and Photoelectric Properties, Advanced Materials, 24 (17), 2332-2336.
de Boer, R. W. I., Gershenson, M. E., Morpurgo, A. F. ve Podzorov, V., 2004, Organic singlecrystal field-effect transistors, physica status solidi (a), 201 (6), 1302-1331.
Fraas, L., 2010, Solar Cells, Single‐Crystal Semiconductors, and High Efficiency, In, Eds, p. 43-66.
Fraboni, B., Fraleoni-Morgera, A. ve Zaitseva, N., 2016, Ionizing Radiation Detectors Based on Solution-Grown Organic Single Crystals, Advanced Functional Materials, 26 (14), 2276-2291.
Gershenson, M. E., Podzorov, V. ve Morpurgo, A. F., 2006, Colloquium: Electronic transport in single-crystal organic transistors, Reviews of Modern Physics, 78 (3), 973-989.
Gorun, S. M., Greaney, M. A., Day, V. W., Day, C. S., Upton, R. M. ve Briant, C. E., 1992, Low- Resolution Single-Crystal X-ray Structure of Solvated Fullerenes and Spectroscopy 68
and Electronic Structure of Their Monoanions, In: Fullerenes, Eds: American Chemical Society, p. 41-53.
Günes, S., Neugebauer, H. ve Sariciftci, N. S., 2007, Conjugated Polymer-Based Organic Solar Cells, Chemical Reviews, 107 (4), 1324-1338.
Helfrich, W. ve Schneider, W. G., 1965, Recombination Radiation in Anthracene Crystals, Physical Review Letters, 14 (7), 229-231.
Hiroo, I., 1956, Semi- and Photo-conductivity of Molecular Single Crystals. Anthracene and Pyrene, Bulletin of the Chemical Society of Japan, 29 (1), 131-133.
Hoppe, H. ve Sariciftci, N. S., 2004, Organic solar cells: An overview, Journal of Materials Research, 19 (7), 1924-1945.
Horowitz, G., Bachet, B., Yassar, A., Lang, P., Demanze, F., Fave, J.-L. ve Garnier, F., 1995, Growth and Characterization of Sexithiophene Single Crystals, Chemistry of Materials, 7 (7), 1337-1341.
Horowitz, G., Garnier, F., Yassar, A., Hajlaoui, R. ve Kouki, F., 1996, Field-effect transistor made with a sexithiophene single crystal, Advanced Materials, 8 (1), 52-54.
Ichikawa, M., Nakamura, K., Inoue, M., Mishima, H., Haritani, T., Hibino, R., Koyama, T. ve Taniguchi, Y., 2005, Photopumped laser oscillation and charge-injected luminescence from organic semiconductor single crystals of a thiophene/phenylene co-oligomer, Applied Physics Letters, 87 (22), 221113.
Jiang, H., Tan, K. J., Zhang, K. K., Chen, X. ve Kloc, C., 2011, Ultrathin organic single crystals: fabrication, field-effect transistors and thickness dependence of charge carrier mobility, Journal of Materials Chemistry, 21 (13), 4771-4773.
Jiang, H. ve Kloc, C., 2013, Single-crystal growth of organic semiconductors, MRS Bulletin, 38 (1), 28-33.
Jr., O. H. L., 1960, Hole and Electron Drift Mobilities in Anthracene, The Journal of Chemical Physics, 33 (2), 626-626.
Karak, S., Lim, J. A., Ferdous, S., Duzhko, V. V. ve Briseno, A. L., 2014, Rubrene: Photovoltaic Effect at the Schottky Interface with Organic Single Crystal Rubrene (Adv. Funct. Mater. 8/2014), Advanced Functional Materials, 24 (8), 1038-1038.
Karl, N., 2003, Charge carrier transport in organic semiconductors, Synthetic Metals, 133-134, 649-657.
Kim, C.-H. ve Kymissis, I., 2017, Graphene–organic hybrid electronics, Journal of Materials Chemistry C, 5, 4598-4613.
Kim, D. H., Han, J. T., Park, Y. D., Jang, Y., Cho, J. H., Hwang, M. ve Cho, K., 2006, Single- Crystal Polythiophene Microwires Grown by Self-Assembly, Advanced Materials, 18 (6), 719-723.
Kim, K., Lee, J. W., Lee, S. H., Lee, Y. B., Cho, E. H., Noh, H.-S., Jo, S. G. ve Joo, J., 2011, Nanoscale optical and photoresponsive electrical properties of P3HT and PCBM composite nanowires, Organic Electronics, 12 (10), 1695-1700.
Klapper, H., 1991, X-Ray Topography of Organic Crystals, Berlin, Heidelberg, 109-162. Kloc, C. ve Laudise, R. A., 1998, Vapor pressures of organic semiconductors:: α- hexathiophene and α-quaterthiophene, Journal of Crystal Growth, 193 (4), 563-571.
Laudise, R. A., Bridenbaugh, P. M., Kloc, C. ve Jouppi, S. L., 1997, Organo-thermal crystal growth of α6 thiophene, Journal of Crystal Growth, 178 (4), 585-592.
Li, H., Fan, C., Fu, W., Xin, H. L. ve Chen, H., 2015, Solution-Grown Organic Single-Crystalline Donor–Acceptor Heterojunctions for Photovoltaics, Angewandte Chemie International Edition, 54 (3), 956-960.
Li, H., Shi, W., Song, J., Jang, H.-J., Dailey, J., Yu, J. ve Katz, H. E., 2019, Chemical and Biomolecule Sensing with Organic Field-Effect Transistors, Chemical Reviews, 119 (1), 3-35.
Lim, J. A., Lee, H. S., Lee, W. H. ve Cho, K., 2009, Control of the Morphology and Structural Development of Solution-Processed Functionalized Acenes for High-Performance Organic Transistors, Advanced Functional Materials, 19 (10), 1515-1525.
Malinauskas, T., Tomkute-Luksiene, D., Sens, R., Daskeviciene, M., Send, R., Wonneberger, H., Jankauskas, V., Bruder, I. ve Getautis, V., 2015, Enhancing Thermal Stability and Lifetime of Solid-State Dye-Sensitized Solar Cells via Molecular Engineering of the Hole-Transporting Material Spiro-OMeTAD, ACS Applied Materials & Interfaces, 7 (21), 11107-11116.
Markvart, T. ve Castañer, L., 2003, Chapter IA-2. Semiconductor Materials and Modelling, In, Eds, p. 95-121.
McGarry, K. A., Xie, W., Sutton, C., Risko, C., Wu, Y., Young, V. G., Brédas, J.-L., Frisbie, C. D. ve Douglas, C. J., 2013, Rubrene-Based Single-Crystal Organic Semiconductors: Synthesis, Electronic Structure, and Charge-Transport Properties, Chemistry of Materials, 25 (11), 2254-2263.
Melucci, M., Gazzano, M., Barbarella, G., Cavallini, M., Biscarini, F., Maccagnani, P. ve Ostoja, P., 2003, Multiscale Self-Organization of the Organic Semiconductor α- Quinquethiophene, Journal of the American Chemical Society, 125 (34), 10266-10274.
Menard, E., Podzorov, V., Hur, S.-H., Gaur, A., Gershenson, M. E. ve Rogers, J. A., 2004, High-Performance n- and p-Type Single-Crystal Organic Transistors with Free-Space Gate Dielectrics, Advanced Materials, 16 (23‐24), 2097-2101.
Nakanotani, H. ve Adachi, C., 2010, Organic light-emitting diodes containing multilayers of organic single crystals, Applied Physics Letters, 96 (5), 053301.
Noriega, R., Rivnay, J., Vandewal, K., Koch, F. P. V., Stingelin, N., Smith, P., Toney, M. F. ve Salleo, A., 2013, A general relationship between disorder, aggregation and charge transport in conjugated polymers, Nature Materials, 12 (11), 1038-1044.
Ohashi, N., Tomii, H., Sakai, M., Kudo, K. ve Nakamura, M., 2010, Anisotropy of electrical conductivity in a pentacene crystal grain on SiO2 evaluated by atomic-forcemicroscope potentiometry and electrostatic simulation, Applied Physics Letters, 96 (20), 203302.
Park, Y., Park, K. S., Jun, B., Lee, Y.-E. K., Lee, S. U. ve Sung, M. M., 2017, Quantitative Correlation between Carrier Mobility and Intermolecular Center-to-Center Distance in Organic Single Crystals, Chemistry of Materials, 29 (9), 4072-4079.
Peumans, P., Yakimov, A. ve Forrest, S. R., 2003, Small molecular weight organic thin-film photodetectors and solar cells, Journal of Applied Physics, 93 (7), 3693-3723.
Pope, M., Kallmann, H. P. ve Magnante, P., 1963, Electroluminescence in Organic Crystals, The Journal of Chemical Physics, 38 (8), 2042-2043.
Postnikov, V. A. ve Chertopalov, S. V., 2015, Growth of large naphthalene and anthracene single-crystal sheets at the liquid–air interface, Crystallography Reports, 60 (4), 594- 600.
Reese, C. ve Bao, Z., 2007, Organic single-crystal field-effect transistors, Materials Today, 10 (3), 20-27.
Rigas, G.-P., Payne, M. M., Anthony, J. E., Horton, P. N., Castro, F. A. ve Shkunov, M., 2016, Spray printing of organic semiconducting single crystals, Nature Communications, 7 (1), 13531.
Samanta, M., Ghorai, U. K., Das, B., Howli, P., Das, S., Sen, D. ve Chattopadhyay, K. K., 2016, Facile synthesis of ZnPc nanoflakes for cold cathode emission, RSC Advances, 6 (48), 42739-42744.
Shen, B., Hu, Z., Xu, H., Sun, K., Feng, S., Zhang, J. ve Zhu, Y., 2019, Investigation of Spiro- OMeTAD Single Crystals toward Optoelectronic Applications, Crystal Growth & Design, 19 (6), 3272-3278.
Shi, D., Qin, X., Li, Y., He, Y., Zhong, C., Pan, J., Dong, H., Xu, W., Li, T., Hu, W., Brédas, J.- L. ve Bakr, O. M., 2016, Spiro-OMeTAD single crystals: Remarkably enhanced chargecarrier transport via mesoscale ordering, Science Advances, 2 (4), e1501491.
Sondermann, U., Kutoglu, A. ve Bassler, H., 1985, X-ray diffraction study of the phase transition in crystalline tetracene, The Journal of Physical Chemistry, 89 (9), 1735- 1741.
Sun, L., Park, S. S., Sheberla, D. ve Dincă, M., 2016, Measuring and Reporting Electrical Conductivity in Metal–Organic Frameworks: Cd2(TTFTB) as a Case Study, Journal of the American Chemical Society, 138 (44), 14772-14782.
Tabachnyk, M., Ehrler, B., Bayliss, S., Friend, R. H. ve Greenham, N. C., 2013, Triplet diffusion in singlet exciton fission sensitized pentacene solar cells, Applied Physics Letters, 103 (15), 153302.
Takahashi, T., Takenobu, T., Takeya, J. ve Iwasa, Y., 2007, Ambipolar Light-Emitting Transistors of a Tetracene Single Crystal, Advanced Functional Materials, 17 (10), 1623-1628.
Tang, C. W., 1986, Two-layer organic photovoltaic cell, Applied Physics Letters, 48, 183-185. Tseng, R. J., Chan, R., Tung, V. C. ve Yang, Y., 2008, Anisotropy in Organic Single-Crystal Photovoltaic Characteristics, Advanced Materials, 20 (3), 435-438.
Wang, H., Zhao, Y., Xie, Z., Wang, H., Wang, B. ve Ma, Y., 2014, The thermodynamic characteristics of organic crystal growth by physical vapor transport: towards highquality and color-tunable crystal preparation, CrystEngComm, 16 (21), 4539-4545.
Wei, Y., 2012, Synthesis and optical properties of self-assembled 2D layered organic-inorganic perovskites for optoelectronics.
Würfel, P., 2007, Photovoltaic Principles and Organic Solar Cells, CHIMIA International Journal for Chemistry, 61 (12), 770-774.
Yee, K. W., Yokoyama, M. ve Hiramoto, M., 2006, Very-thin-perylene-crystal-based electroluminescent devices, Applied Physics Letters, 88 (8), 083511.
Zeng, X., Zhang, D., Duan, L., Wang, L., Dong, G. ve Qiu, Y., 2007, Morphology and fluorescence spectra of rubrene single crystals grown by physical vapor transport, Applied Surface Science, 253 (14), 6047-6051.
Zhang, Y., Dong, H., Tang, Q., Ferdous, S., Liu, F., Mannsfeld, S. C. B., Hu, W. ve Briseno, A. L., 2010, Organic Single-Crystalline p−n Junction Nanoribbons, Journal of the American Chemical Society, 132 (33), 11580-11584.
Zhao, X., Liu, T., Zhang, Y., Wang, S., Li, X., Xiao, Y., Hou, X., Liu, Z., Shi, W. ve Dennis, T. J. S., 2018, Organic Single-Crystalline Donor–Acceptor Heterojunctions with Ambipolar Band-Like Charge Transport for Photovoltaics, Advanced Materials Interfaces, 5 (14), 1800336.

APA	KIRBIYIK Ç (2020). Organik Tek Kristal Yarıiletkenlerin Büyütülmesi, Karakterizasyonu Ve İkili-Tabaka Güneş Pillerinde Uygulanması. , 1 - 83.
Chicago	KIRBIYIK Çisem Organik Tek Kristal Yarıiletkenlerin Büyütülmesi, Karakterizasyonu Ve İkili-Tabaka Güneş Pillerinde Uygulanması. (2020): 1 - 83.
MLA	KIRBIYIK Çisem Organik Tek Kristal Yarıiletkenlerin Büyütülmesi, Karakterizasyonu Ve İkili-Tabaka Güneş Pillerinde Uygulanması. , 2020, ss.1 - 83.
AMA	KIRBIYIK Ç Organik Tek Kristal Yarıiletkenlerin Büyütülmesi, Karakterizasyonu Ve İkili-Tabaka Güneş Pillerinde Uygulanması. . 2020; 1 - 83.
Vancouver	KIRBIYIK Ç Organik Tek Kristal Yarıiletkenlerin Büyütülmesi, Karakterizasyonu Ve İkili-Tabaka Güneş Pillerinde Uygulanması. . 2020; 1 - 83.
IEEE	KIRBIYIK Ç "Organik Tek Kristal Yarıiletkenlerin Büyütülmesi, Karakterizasyonu Ve İkili-Tabaka Güneş Pillerinde Uygulanması." , ss.1 - 83, 2020.
ISNAD	KIRBIYIK, Çisem. "Organik Tek Kristal Yarıiletkenlerin Büyütülmesi, Karakterizasyonu Ve İkili-Tabaka Güneş Pillerinde Uygulanması". (2020), 1-83.

APA	KIRBIYIK Ç (2020). Organik Tek Kristal Yarıiletkenlerin Büyütülmesi, Karakterizasyonu Ve İkili-Tabaka Güneş Pillerinde Uygulanması. , 1 - 83.
Chicago	KIRBIYIK Çisem Organik Tek Kristal Yarıiletkenlerin Büyütülmesi, Karakterizasyonu Ve İkili-Tabaka Güneş Pillerinde Uygulanması. (2020): 1 - 83.
MLA	KIRBIYIK Çisem Organik Tek Kristal Yarıiletkenlerin Büyütülmesi, Karakterizasyonu Ve İkili-Tabaka Güneş Pillerinde Uygulanması. , 2020, ss.1 - 83.
AMA	KIRBIYIK Ç Organik Tek Kristal Yarıiletkenlerin Büyütülmesi, Karakterizasyonu Ve İkili-Tabaka Güneş Pillerinde Uygulanması. . 2020; 1 - 83.
Vancouver	KIRBIYIK Ç Organik Tek Kristal Yarıiletkenlerin Büyütülmesi, Karakterizasyonu Ve İkili-Tabaka Güneş Pillerinde Uygulanması. . 2020; 1 - 83.
IEEE	KIRBIYIK Ç "Organik Tek Kristal Yarıiletkenlerin Büyütülmesi, Karakterizasyonu Ve İkili-Tabaka Güneş Pillerinde Uygulanması." , ss.1 - 83, 2020.
ISNAD	KIRBIYIK, Çisem. "Organik Tek Kristal Yarıiletkenlerin Büyütülmesi, Karakterizasyonu Ve İkili-Tabaka Güneş Pillerinde Uygulanması". (2020), 1-83.