Photoexcitation dynamics in organic solar cell donor/acceptor systems

Solceller presenteras ofta som ett miljövänligt alternativ för energiproduktion. Det största hindret för en bredare ibruktagning av kiselbaserade solceller är deras höga pris. I och med upptäckten av ledande och halvledande organiska (kolbaserade) molekyler och polymerer har ett nytt forskningsområde, organisk elektronik, vuxit fram. Den stora fördelen med organisk elektronik är att de använda materialen oftast är lösliga. Tillverkning av elektroniska komponenter kan då göras med hjälp av konventionella trycktekniker där bläcket ersatts med upplösta organiska material. Detta har potential att betydligt sänka priset för solceller. Nackdelen med organisk elektronik är att de använda materialen är komplexa, och de fysikaliska processerna i dem likaså. I min avhandling har jag studerat fotofysiken i två polymerer, P3HT och APFO3, som kan användas för att tillverka organiska solceller. Blandade med fullerenderivatet PCBM, som är en stark elektronacceptor, fås ett material som effektivt producerar elektroner och hål under belysning. I praktiken bidrar dock inte alla skapade laddningar till strömmen ur solcellen. Elektronerna och hålen kan förbli bundna till varandra i olika exciterade tillstånd, och även de som är fria kan träffa på motsatta laddningar under vägen till kontakterna och rekombinera. Centralt i mitt arbete har varit att identifiera olika typer av exciterade tillstånd i dessa solcellsmaterial, samt att bestämma deras livstider och rekombination. Metoden för detta har varit s.k. fotoinducerad absorption, som mäter fotoexcitationernas absorptioner i infraröda våglängdsområdet. De två viktigaste resultaten som presenteras i avhandlingen är en ratekvationsmodell för fotoexcitationsdynamiken i APFO3 på ultrasnabba tidsskalor (femtosekund - microsekund) och bildandet av en rekombinationshämmande dipol vid gränsytan för P3HT och PCBM som följd av värmebehandling. Dessa resultat bidrar till förståelsen av de fotofysikaliska processerna i relaterade material.

Lanthanide Chelates as Donors in Fluorescence Resonance Energy Transfer: Exciting Prospects for Bioaffinity Assay Detection

Fluorescence resonance energy transfer (FRET) is a non-radiative energy transfer from a fluorescent donor molecule to an appropriate acceptor molecule and a commonly used technique to develop homogeneous assays. If the emission spectrum of the donor overlaps with the excitation spectrum of the acceptor, FRET might occur. As a consequence, the emission of the donor is decreased and the emission of the acceptor (if fluorescent) increased. Furthermore, the distance between the donor and the acceptor needs to be short enough, commonly 10-100 Å. Typically, the close proximity between the donor and the acceptor is achieved via bioaffinity interactions e.g. antibody binding antigen. Large variety of donors and acceptors exist. The selection of the donor/acceptor pair should be done not only based on the requirements of FRET but also the performance expectancies and the objectives of the application should be considered. In this study, the exceptional fluorescence properties of the lanthanide chelates were employed to develop two novel homogeneous immunoassays: a non-competitive hapten (estradiol) assay based on a single binder and a dual-parametric total and free PSA assay. In addition, the quenching efficiencies and energy transfer properties of various donor/acceptor pairs were studied. The applied donors were either europium(III) or terbium(III) chelates; whereas several organic dyes (both fluorescent and quenchers) acted as acceptors. First, it was shown that if the interaction between the donor/acceptor complexes is of high quality (e.g. biotin-streptavidin) the fluorescence of the europium(III) chelate could be quenched rather efficiently. Furthermore, the quenching based homogeneous non-competitive assay for estradiol had significantly better sensitivity (~67 times) than a corresponding homogeneous competitive assay using the same assay components. Second, if the acceptors were chosen to emit at the emission minima of the terbium(III) chelate, several acceptor emissions could be measured simultaneously without significant cross-talk from other acceptors. Based on these results, the appropriate acceptors were chosen for the dual-parameter assay. The developed homogeneous dual-parameter assay was able to measure both total and free PSA simultaneously using a simple mix and measure protocol. Correlation of this assay to a heterogeneous single parameter assay was excellent (above 0.99 for both) when spiked human plasma samples were used. However, due to the interference of the sample material, the obtained concentrations were slightly lower with the homogeneous than the heterogeneous assay, especially for the free PSA. To conclude, in this work two novel immunoassay principles were developed, which both are adaptable to other analytes. However, the hapten assay requires a rather good antibody with low dissociation rate and high affinity; whereas the dual-parameter assay principle is applicable whenever two immunometric complexes can form simultaneously, provided that the requirements of FRET are fulfilled.

Two-dimensional drift-diffusion simulation of organic solar cells

The aim of this master's thesis is to develop a two-dimensional drift-di usion model, which describes charge transport in organic solar cells. The main bene t of a two-dimensional model compared to a one-dimensional one is the inclusion of the nanoscale morphology of the active layer of a bulk heterojunction solar cell. The developed model was used to study recombination dynamics at the donor-acceptor interface. In some cases, it was possible to determine e ective parameters, which reproduce the results of the two-dimensional model in the one-dimensional case. A summary of the theory of charge transport in semiconductors was presented and discussed in the context of organic materials. Additionally, the normalization and discretization procedures required to nd a numerical solution to the charge transport problem were outlined. The charge transport problem was solved by implementing an iterative scheme called successive over-relaxation. The obtained solution is given as position-dependent electric potential, free charge carrier concentrations and current densities in the active layer. An interfacial layer, separating the pure phases, was introduced in order to describe charge dynamics occurring at the interface between the donor and acceptor. For simplicity, an e ective generation of free charge carriers in the interfacial layer was implemented. The pure phases simply act as transport layers for the photogenerated charges. Langevin recombination was assumed in the two-dimensional model and an analysis of the apparent recombination rate in the one-dimensional case is presented. The recombination rate in a two-dimensional model is seen to e ectively look like reduced Langevin recombination at open circuit. Replicating the J-U curves obtained in the two-dimensional model is, however, not possible by introducing a constant reduction factor in the Langevin recombination rate. The impact of an acceptor domain in the pure donor phase was investigated. Two cases were considered, one where the acceptor domain is isolated and another where it is connected to the bulk of the acceptor. A comparison to the case where no isolated domains exist was done in order to quantify the observed reduction in the photocurrent. The results show that all charges generated at the isolated domain are lost to recombination, but the domain does not have a major impact on charge transport. Trap-assisted recombination at interfacial trap states was investigated, as well as the surface dipole caused by the trapped charges. A theoretical expression for the ideality factor n_id as a function of generation was derived and shown to agree with simulation data. When the theoretical expression was fitted to simulation data, no interface dipole was observed.

Delivery of European Cross-Border Health Care and the Relevance and Effects of EU Regulations and Judicial Processes with Reference to Delivery of Drugs and Blood Donor Information Material.

Valtion rajat ylittävät terveyspalvelut Euroopan unionissa sekä Euroopan unionin säädösten merkitys ja vaikutus erityisesti lääkejakeluun ja verenluovuttajille jaettavaan tiedotusaineistoon Valtion rajat ylittävä terveydenhuolto on suuren kiinnostuksen kohteena Euroopan unionissa. Resurssien hyödyntäminen parhaalla mahdollisella tavalla ja tiedon keskittäminen ovat tarpeen terveydenhuollon kustannusten alati noustessa. Terveydenhuoltopalvelut kuuluvat Euroopan sisämarkkinoiden vapaan liikkuvuuden piiriin. Euroopan unionilla ei ole kuitenkaan toimivaltaa säädellä terveydenhuoltojärjestelmiä, vaan sen mahdollisuudet ovat enimmäkseen kansanterveyden edistämisessä ja suojelussa, myös muilla toimialueilla kuin terveydenhuollossa. Tutkimuksen tavoitteena oli tutkia Euroopan unionin säädösten vaikutusta terveydenhuoltosektoriin, erityisesti valtion rajat ylittäviin terveydenhuoltopalveluihin. Erityiskohteena olivat lääkemääräyksen toimittaminen toisen Euroopan unionin jäsenmaan apteekista, resepti-lääkkeiden maahantuonti omaan henkilökohtaiseen käyttöön, sähköisen lääkemääräyksen käyttö kansallisesti ja mahdollisuudet sen käyttöön eri jäsenmaiden välillä, online-apteekkien soveltuvuus Euroopan unionin sisämarkkinoille sekä verenluovuttajille jaettavan tiedotusaineiston yhtenäistämistarve Euroopan unionin alueella. Tutkimuksen osa-alueiden aineisto koottiin vuosina 1999–2003, jolloin Euroopan unioniin kuului 15 jäsenmaata. Apteekit toimittivat useimmiten myös ei-kansalliset, toisessa Euroopan unionin jäsenmaassa annetut lääkemääräykset. Kaikki jäsenmaat rajoittivat lääkemääräyksen vaativien lääkkeiden maahantuontia. Rajoituksia oli maahantuontimäärissä ja -tavoissa. Lisäksi sairasvakuutuskorvausten saaminen ulkomailla lunastetuista reseptilääkkeistä oli hankalaa. Sähköiset lääkemääräykset olivat käytössä vain kahdessa maassa, mutta useissa maissa suunniteltiin niiden kokeilua. Standardit ja käyttöjärjestelmät olivat erilaisia eri maissa. Euroopan unionin alueelle on perustettu online-apteekkeja, joiden toiminta on kuitenkin vaatimatonta. Verenluovuttajille annettava tiedotusaineisto ei missään maassa täyttänyt veridirektiivin vaatimuksia. Tutkimuksen tulokset osoittivat kansallisten käytäntöjen eroavaisuuksien rajoittavan valtion rajat ylittäviä terveydenhuoltopalveluita. Vaikka Euroopan unionin tavoitteena ei ole yhtenäistää terveydenhuoltojärjestelmiä, on tarpeen arvioida uudelleen unionin ja jäsenmaiden välistä työnjakoa. Kansalliset terveydenhuoltojärjestelmät eivät ole erillään Euroopan sisämarkkinoista, jotka merkittävästi vaikuttavat terveydenhuoltoon.