Dipòsit i caracterització de capes primes orgàniques de P3HT:PCBM per a aplicacions fotovoltaiques

En un món on el ritme de la societat actual ens ha portat a considerar les energies enovables com a prioritat vital i necessària i en el que es preveu que la demanda energètica augmenti un 50% fins al 2030, l'interès en la recerca de materials emiconductors orgànics per aplicacions de captura solar, ha assolit un potencial enorme de cara al futur. Molts són el avantatges que presenten aquest tipus de materials en front als seus homòlegs inorgànics. La facilitat de fabricació, la utilització de materials més econòmics i amb menys impacte ambiental, així com la possibilitat de produir dispositius flexibles, són algunes de les atractives aracterístiques que presenten aquests materials. No obstant, certs inconvenients om les baixes eficiències energètiques dels dispositius, i la inestabilitat ambiental ue es tradueix en un temps de vida molt reduït, fan que encara s'hagi d'invertir sforç per aconseguir que aquests materials puguin ser utilitzats en el camp de la aptura d'energia solar. El material més prometedor fins a data d'avui és el P3HT:PCBM. Es tracta d'un sistema polímer:molècula lleugera, on el P3HT actua com a component donador del sistema i el PCBM actua com a component acceptor. Les propietats optoelectròniques i eficiències energètiques de combinats orgànics P3HT:PCBM epèn en gran mesura de la seva morfologia i microestructura. Paràmetres com la proporció entre els components, el dissolvent utilitzat en la dissolució, així com 'aplicació de determinats tractaments tèrmics afecten de forma crítica a la seva orfologia. Durant el present treball s'han utilitzat diverses tècniques de caracterització per a estudiar determinades propietats que presenten aquest tipus de aterials. Entre les tècniques experimentals utilitzades hi trobem la microscòpia FM, l'espectroscòpia Raman i la conductimetria AFM o current sensing AFM CS-AFM). Els experiments en temps real durant l'escalfament de capes primes 3HT:PCBM, mostren que el P3HT pateix una cristal·lització al voltant dels 140ºC, permetent el reordenament de les molècules i un millor solapament del sorbitals [pi]-[pi]*, que resulta en un increment del transport de forats a través de la fase donadora del material. Paralel·lament, entre els 80-120ºC, el material també presenta determinats canvis tant en el comportament dels enllaços, com en la cristal·linitat del material, provocant una quasi transició de fase que atribuïm a la transició vitrea del material. Per altra banda, experiments amb conductimetria AFM realitzats en sistemes P3HT:HDPE mostren un signicatiu augment en la eva estabilitat ambiental, que es tradueix en un augment del temps de vida, sense una pèrdua considerable en els seus valors de conducció. Tot i la combinació del P3HT amb proporcions de polímers aïllants de fins al 80%, el sistema és capaç de no perdre la capacitat de transport gràcies a la formació de fases i dominis rics en P3HT. El present treball posa de manifest que ens trobem davant d'una tecnologia emergent i que nous estudis i esforços en la recerca d'aquest tipus materials és fonamental per aconseguir nous resultats i posicionar als materials semiconductors orgànics com una alternativa viable en el camp dels dispositus fotovoltaics. Assumint dades procedents de la tecnologia actual utilitzada en aquest tipus de materials, estudis i avaluacions ambientals i econòmiques mostren que petits increments tant en les eficiències com en el temps de vida de dispositius basats en aterials orgànics, posicionarien a aquest material com a alternativa totalment viable en el mercat fotovoltaic d'un futur proper.

Optoelectronic properties of CuPc thin films deposited at different substrate temperatures

Structural and optical characterization of copper phthalocyanine thin film thermally deposited at different substrate temperatures was the aim of this work. The morphology of the films shows strong dependence on temperature, as can be observed by atomic force microscopy and x-ray diffraction spectroscopy, specifically in the grain size and features of the grains. The increase in the crystal phase with substrate temperature is shown by x-ray diffractometry. Optical absorption coefficient measured by photothermal deflection spectroscopy and optical transmittance reveal a weak dependence on the substrate temperature. Besides, the electro-optical response measured by the external quantum efficiency of Schottky ITO/CuPc/Al diodes shows an optimized response for samples deposited at a substrate temperature of 60 °C, in correspondence to the I-V diode characteristics.

Optical second harmonic generation in the centrosymmetric magnetic semiconductors EuTe and EuSe

The magnetic europium chalcogenide semiconductors EuTe and EuSe are investigated by the spectroscopy of second harmonic generation (SHG) in the vicinity of the optical band gap formed by transitions involving the 4f and 5d electronic orbitals of the magnetic Eu(2+) ions. In these materials with centrosymmetric crystal lattice the electric-dipole SHG process is symmetry forbidden so that no signal is observed in zero magnetic field. Signal appears, however, in applied magnetic field with the SHG intensity being proportional to the square of magnetization. The magnetic field and temperature dependencies of the induced SHG allow us to introduce a type of nonlinear optical susceptibility determined by the magnetic-dipole contribution in combination with a spontaneous or induced magnetization. The experimental results can be described qualitatively by a phenomenological model based on a symmetry analysis and are in good quantitative agreement with microscopic model calculations accounting for details of the electronic energy and spin structure.

Theory of near-gap second harmonic generation in centrosymmetric magnetic semiconductors: Europium chalcogenides

Second harmonic generation is strictly forbidden in centrosymmetric materials, within the electric dipole approximation. Recently, it was found that the centrosymmetric magnetic semiconductors EuTe and EuSe can generate near-gap second harmonics, if the system is submitted to an external magnetic field. Here, a theoretical model is presented, which well describes the observed phenomena. The model shows that second harmonic generation becomes efficient when the magnetic dipole oscillations between the band-edge excited states of the system, induced by the excitation light, enter the in-phase regime, which can be achieved by applying a magnetic field to the material.

Spin-Induced Optical Second Harmonic Generation in the Centrosymmetric Magnetic Semiconductors EuTe and EuSe

Spectroscopy of the centrosymmetric magnetic semiconductors EuTe and EuSe reveals spin-induced optical second harmonic generation (SHG) in the band gap vicinity at 2.1-2.4 eV. The magnetic field and temperature dependence demonstrates that the SHG arises from the bulk of the materials due to a novel type of nonlinear optical susceptibility caused by the magnetic dipole contribution combined with spontaneous or induced magnetization. This spin-induced susceptibility opens access to a wide class of centrosymmetric systems by harmonics generation spectroscopy.

Approximation to density functional theory for the calculation of band gaps of semiconductors

The local-density approximation (LDA) together with the half occupation (transitionstate) is notoriously successful in the calculation of atomic ionization potentials. When it comes to extended systems, such as a semiconductor infinite system, it has been very difficult to find a way to half ionize because the hole tends to be infinitely extended (a Bloch wave). The answer to this problem lies in the LDA formalism itself. One proves that the half occupation is equivalent to introducing the hole self-energy (electrostatic and exchange correlation) into the Schrodinger equation. The argument then becomes simple: The eigenvalue minus the self-energy has to be minimized because the atom has a minimal energy. Then one simply proves that the hole is localized, not infinitely extended, because it must have maximal self-energy. Then one also arrives at an equation similar to the self- interaction correction equation, but corrected for the removal of just 1/2 electron. Applied to the calculation of band gaps and effective masses, we use the self- energy calculated in atoms and attain a precision similar to that of GW, but with the great advantage that it requires no more computational effort than standard LDA.

Antiferromagnetism with spin polarization of GaN-based diluted magnetic semiconductors

The diluted magnetic semiconductors are promising materials for spintronic applications. Usually one intents to find the ferromagnetic state but recently the antiferromagnetism (AFM) was proposed to have some advantages. In this work, we verify the possibility to obtain spin polarization with an AFM state. In particular, we studied GaN 5% double doped with two different transition metals atoms (Mn and Co or Cr and Ni), forming the Mn(x)Co(0.056-x)Ga(0.944)N and Cr(x)Ni(0.056-x)Ga(0.944)N quaternary alloys. In order to simulate these systems in a more realistic way, and take into account composition fluctuations, we adapted the generalized quasichemical approach to diluted alloys, which is used in combination with spin density-functional theory. We find that is possible to obtain an AFM ground state up to 70% spin polarization.

New Technique for Uniform Voltage Sharing in Series Stacked Semiconductors

This paper describes the operation of a solid-state series stacked topology used as a serial and parallel switch in pulsed power applications. The proposed circuit, developed from the Marx generator concept, balances the voltage stress on each series stacked semiconductor, distributing the total voltage evenly. Experimental results from a 10 kV laboratory series stacked switch, using 1200 V semiconductors in a ten stages solid-state series stacked circuit, are reported and discussed, considering resistive, capacitive and inductive type loads for high and low duty factor voltage pulse operation.

Electrical characterization and modification of low dimensional oxide semiconductors for sensor applications

This work reviews the recent research on ion and UV irradiation of β-

Anàlisi dels contaminants orgànics persistents en Citharus linguatula en el litoral català

S’ha estudiat la bioacumulació de contaminants orgànics persistents en el múscul d’una espècie de peix en dos punts del litoral català: al Port de Barcelona i a la costa de Blanes. Citharus linguatula ha estat escollida per les seves característiques d’hàbitats (està més exposada a la contaminació al ser una espècie bentònica). La metodologia emprada consisteix en la homogeneïtzació amb sulfat de sodi i una extracció assistida amb microones amb n-hexà-acetona(1:1 v/v) durant 20 minuts. Els extractes es netegen i es fraccionen amb una columna cromatogràfica d’alúmina que permet la separació dels extractes en dos fraccions: un amb la majoria dels compostos organoclorats (hexaclorbenzè, DDTs, ciclodiens clorats i policlorbifenils) i l’altre amb els isòmers hexaclorciclohexans i els PAHs. Aquestes dos fraccions són posteriorment analitzades en el GC-MS. S’ha pogut corroborar l’elevada presència de PCBs a Barcelona, així com que en aquest punt de mostreig les espècies estan més exposades a la contaminació per organoclorats. S’ha identificat la presència de DDTs en els dos llocs estudiats. Pel que fa als PAHs s’ha pogut observar que a Barcelona també hi ha més presència d’aquests. Cal destacar que la concentració obtinguda dels compostos no es pot donar com a vàlida per l’existència d’indicis d’errors experimentals o d’injecció.

Estudi d'impedància electroquímica en recobriments orgànics per aplicacions anticorrosives

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Università degli studi di Trento, Italia, entre maig i agost del 2007. S’ha estudiat la influència de l’addicció de polímers conductors a una sèrie de pintures marines o revestiments de naturalesa orgànica amb la finalitat de millorar les seves propietats anticorrosives.

Determinació de compostos orgànics contaminants en aigües residuals industrials

La determinació de compostos orgànics contaminants en aigües residuals d’origen urbà i industrial és un tema que ha suscitat un creixent interès, tant des del punt de vista del problema mediambiental que es deriva de l’abocament d’aquestes aigües al medi aquàtic públic com des de la perspectiva de reutilització de les aigües tractades en processos industrials. La majoria d’aquests contaminants no s’eliminen completament en plantes de tractament d’aigües convencionals, pel que s’han de controlar. Aquest fet implica desenvolupar nous processos de tractament que permetin millorar l'eficiència de l'eliminació de les plantes de tractament convencionals. Per tal d'investigar la presència d'aquests compostos contaminants a baixes concentracions és necessari desenvolupar nous mètodes analítics altament sensibles. En el nostre projecte s'han desenvolupat diferents mètodes analítics per determinar compostos orgànics contaminants en aigües residuals provinents de plantes de tractament d'aigües industrials, urbanes i plantes potabilitzadores, utilizant principalment la microextracció en fase sòlida (SPME) seguida de la cromatografia de gasos acoblada a un espectròmetre de masses (GC-MS). S'ha estudiat la presència de diferents famílies de compostos en aquestes aigües, com són: ftalats, amines alifàtiques primàries i nitrosamines. A més a més, s'han desenvolupat mètodes analítics per determinar amines alifàtiques primàries en llots actius provinents de diferents tipus de plantes de tractament d'aigües i plantes potabilitzadores.

Analisi de compostos orgànics persistents i estudi de la procedència d'hidrocarburs en sediments del mar Mediterrani català

Els sediments del fons marí són molt importants en els ecosistemes aquàtics. Aquests sediments són considerats absorbents naturals, ja que s’hi acumulen moltes substàncies nocives, com ara metalls pesants i contaminants orgànics persistents (COPs). En aquest estudi s’han analitzat mostres de sediments del mar Mediterrani amb la finalitat d’examinar els COPs i la possible procedència d’hidrocarburs derivats del petroli. Les mostres han estat extretes davant de la desembocadura del riu Besòs (se n’ha fet una extracció a 8 km i una altra a 54 km de distància respecte la costa) i davant del municipi català anomenat Vilanova i la Geltrú (se n’ha fet, també, una extracció a 8-10 km i una altra a 30-40 km de distància respecte la costa). D’aquestes mostres, obtingudes per perforació, se n’han analitzat el primer i segon centímetres. S’han quantificat els hidrocarburs aromàtics policíclics (PAHs), els bifenils policlorats (PCBs) i els compostos organoclorats (OCPs) utilitzats antigament com a pesticides. S’ha posat de manifest que en les zones més properes a la costa, les concertacions COPs són més elevades a la regió més meridional, tot i estar davant de la desembocadura del riu Besòs. Segurament això és degut a la influència de la deriva litoral (corrent costaner marí en direcció NE-SW). Finalment, l’índex Phytane/Pristane, l’índex de preferència de carboni o, en anglès Carbon Preference Index (CPI) i la barreja complexa sense resoldre o, en anglès, Unresolved Complex Mixture (UCM) apunten a la conclusió que l’origen dels hidrocarburs analitzats (n-alcans) podria ser petrogènic.