Growing semiconductor nanocrystals directly in a conducting polymer

We describe a single step method to synthesise lead sulphide (PbS) nanocrystals directly in the conjugated polymer poly (2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-p-phenylene vinylene) (MEH-PPV). This method allows size control of the nanocrystal via co-solvent ratios. We find good agreement between nanocrystal sizes determined by transmission electron microscopy and sizes theoretically determined from the absorption edge of the nanocrystals. Finally we show that this synthesis technique is not restricted to MEH-PPV and demonstrate that nanocrystals can be grown in Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT). (C) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Energy transfer dynamics of nanocrystal-polymer composites

Steady-state and time-resolved photoluminescence spectroscopy are used to examine the photoluminescent properties of nanocrystal-polymer composites consisting of colloidal PbS nanocrystals blended with poly(2-methoxy-5(2-ethylhexyloxy)-p-phenylene vinylene). Quenching of the emission from the conjugated polymer due to the PbS nanocrystals is observed along with band edge emission from the ligand capped PbS nanocrystals. A decrease in the photoluminescence lifetime of MEH-PPV is also observed in the thin film nanocrystal-polymer composite materials. Photoluminescence excitation spectroscopy of the PbS nanocrystal emission from the composite shows features attributed to MEH-PPV providing evidence of a Forster transfer process.

Carrier transport in PbS nanocrystal conducting polymer composites

In this letter we report the carrier mobilities in an inorganic nanocrystal: conducting polymer composite. The composite material in question (lead sulphide nanocrystals in the conducting polymer poly [2-methoxy-5-(2(')-ethyl-hexyloxy)-p-phenylene vinylene] (MEH-PPV) was made using a single-pot, surfactant-free synthesis. Mobilties were measured using time of flight techniques. We have found that the inclusion of PbS nanocrystals in MEH-PPV both balances and markedly increases the hole and electron mobilities-the hole mobility is increased by a factor of similar to 10(5) and the electron mobility increased by similar to 10(7) under an applied bias of 5 kV cm(-1). These results explain why dramatic improvements in electrical conductivity and photovoltaic performance are seen in devices fabricated from these composites.

Excitonic behaviour in polymeric semiconductors : the effect of morphology and composition in heterostructures

La compréhension des interrelations entre la microstructure et les processus électroniques dans les polymères semi-conducteurs est d’une importance primordiale pour leur utilisation dans des hétérostructures volumiques. Dans cette thèse de doctorat, deux systémes diffèrents sont étudiés ; chacun de ces systèmes représente une approche diffèrente pour optimiser les matériaux en termes de leur microstructure et de leur capacité à se mettre en ordre au niveau moléculaire. Dans le premier système, j’ai effectué une analyse complète des principes de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque hybride à base des nanocristaux d’oxyde de zinc (ZnO) et du poly (3-hexylthiophène) (P3HT) par absorption photoinduite en régime quasi-stationnaire (PIA) et la spectroscopie PIA en pompage modulé dépendant de la fréquence. L’interface entre le donneur (le polymère P3HT) et l’accepteur (les nanoparticules de ZnO), où la génération de charges se produit, joue un rôle important dans la performance des cellules photovoltaïques hybrides. Pour améliorer le mécanisme de génération de charges du P3H: ZnO, il est indispensable de modifier l’interface entre ses constituants. Nous avons démontré que la modification d’interface moléculaire avec cis-bis (4, 40 - dicarboxy-2, 20bipyridine) ruthénium (II) (N3-dye) et a-Sexithiophen-2 yl-phosphonique (6TP) a améliorée le photocourant et la performance dans les cellules P3HT: ZnO. Le 6TP et le N3 s’attachent à l’interface du ZnO, en augmentant ainsi l’aire effective de la surface donneur :accepteur, ce qui contribue à une séparation de charge accrue. De plus, le 6TP et le N3 réduisent la densité de pièges dans le ZnO, ce qui réduit le taux de recombinaison des paires de charges. Dans la deuxième partie, jai introduit une matrice hôte polymérique de polystyréne à masse molaire ulra-élevée, qui se comporte comme un solide pour piéger et protéger une solution de poly [2-méthoxy, 5- (2´-éthyl-hexoxy) -1,4-phénylènevinylène- PPV] (MEHPPV) pour utilisation dans des dispositifs optoèlectroniques quantiques. Des travaux antérieurs ont montré que MEH-PPV en solution subit une transition de conformation, d’une conformation enroulé à haute température (phase bleue) à une conformation de chaîne étendue à basse température (phase rouge). La conformation de la chaîne étendue de la solution MEH-PPV favorise les caractéristiques nécessaires à l’amélioration des dispositifs optoélectroniques quantiques, mais la solution ne peut pas être incorporées dans le dispositif. J’ai démontré que la caractéristique de la phase rouge du MEH-PPV en solution se maintient dans une matrice hôte polymérique de polystyrène transformé de masse molaire très élevée, qui se comporte comme un solide (gel de MEH-PPV/UHMW PS), par le biais de la spectroscopie de photoluminescence (PL) dépendant de la température (de 290K à 80 K). La phase rouge du gel MEH-PPV/UHMW PS se manifeste par des largeurs de raie étroites et une intensité augmentée de la transition 0-0 de la progression vibronique dans le spectre de PL ainsi qu’un petit décalage de Stokes entre la PL et le spectre d’absorption à basse température. Ces approches démontrent que la manipulation de la microstructure et des propriétés électroniques des polymères semi-conducteurs ont un impact direct sur la performance de dispositifs pour leurs développements technologiques continus.

Excitonic behaviour in polymeric semiconductors : the effect of morphology and composition in heterostructures

La compréhension des interrelations entre la microstructure et les processus électroniques dans les polymères semi-conducteurs est d’une importance primordiale pour leur utilisation dans des hétérostructures volumiques. Dans cette thèse de doctorat, deux systémes diffèrents sont étudiés ; chacun de ces systèmes représente une approche diffèrente pour optimiser les matériaux en termes de leur microstructure et de leur capacité à se mettre en ordre au niveau moléculaire. Dans le premier système, j’ai effectué une analyse complète des principes de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque hybride à base des nanocristaux d’oxyde de zinc (ZnO) et du poly (3-hexylthiophène) (P3HT) par absorption photoinduite en régime quasi-stationnaire (PIA) et la spectroscopie PIA en pompage modulé dépendant de la fréquence. L’interface entre le donneur (le polymère P3HT) et l’accepteur (les nanoparticules de ZnO), où la génération de charges se produit, joue un rôle important dans la performance des cellules photovoltaïques hybrides. Pour améliorer le mécanisme de génération de charges du P3H: ZnO, il est indispensable de modifier l’interface entre ses constituants. Nous avons démontré que la modification d’interface moléculaire avec cis-bis (4, 40 - dicarboxy-2, 20bipyridine) ruthénium (II) (N3-dye) et a-Sexithiophen-2 yl-phosphonique (6TP) a améliorée le photocourant et la performance dans les cellules P3HT: ZnO. Le 6TP et le N3 s’attachent à l’interface du ZnO, en augmentant ainsi l’aire effective de la surface donneur :accepteur, ce qui contribue à une séparation de charge accrue. De plus, le 6TP et le N3 réduisent la densité de pièges dans le ZnO, ce qui réduit le taux de recombinaison des paires de charges. Dans la deuxième partie, jai introduit une matrice hôte polymérique de polystyréne à masse molaire ulra-élevée, qui se comporte comme un solide pour piéger et protéger une solution de poly [2-méthoxy, 5- (2´-éthyl-hexoxy) -1,4-phénylènevinylène- PPV] (MEHPPV) pour utilisation dans des dispositifs optoèlectroniques quantiques. Des travaux antérieurs ont montré que MEH-PPV en solution subit une transition de conformation, d’une conformation enroulé à haute température (phase bleue) à une conformation de chaîne étendue à basse température (phase rouge). La conformation de la chaîne étendue de la solution MEH-PPV favorise les caractéristiques nécessaires à l’amélioration des dispositifs optoélectroniques quantiques, mais la solution ne peut pas être incorporées dans le dispositif. J’ai démontré que la caractéristique de la phase rouge du MEH-PPV en solution se maintient dans une matrice hôte polymérique de polystyrène transformé de masse molaire très élevée, qui se comporte comme un solide (gel de MEH-PPV/UHMW PS), par le biais de la spectroscopie de photoluminescence (PL) dépendant de la température (de 290K à 80 K). La phase rouge du gel MEH-PPV/UHMW PS se manifeste par des largeurs de raie étroites et une intensité augmentée de la transition 0-0 de la progression vibronique dans le spectre de PL ainsi qu’un petit décalage de Stokes entre la PL et le spectre d’absorption à basse température. Ces approches démontrent que la manipulation de la microstructure et des propriétés électroniques des polymères semi-conducteurs ont un impact direct sur la performance de dispositifs pour leurs développements technologiques continus.

Determination of deep and shallow levels in conjugated polymers by electrical methods

Conjugated organic semiconductors have been submitted to various electrical measurement techniques in order to reveal information about shallow levels and deep traps in the forbidden gap. The materials consisted of poly[2-methoxy, 5 ethyl (2' hexyloxy) paraphenylenevinylene] (MEH-PPV), poly(3-methylthiophene) (PMeT), and alpha-sexithienyl (alpha T6) and the employed techniques were IV, CV, admittance spectroscopy, TSC, capacitance and current transients. (C) 1999 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Analysis of deep levels in a phenylenevinylene polymer by transient capacitance methods

Transient capacitance methods were applied to the depletion region of an abrupt asymmetric n(+) -p junction of silicon and unintentionally doped poly[2-methoxy, 5 ethyl (2' hexyloxy) paraphenylenevinylene] (MEH-PPV). Studies in the temperature range 100-300 K show the presence of a majority-carrier trap at 1.0 eV and two minority traps at 0.7 and 1.3 eV, respectively. There is an indication for more levels for which the activation energy could not be determined. Furthermore, admittance data reveal a bulk activation energy for conduction of 0.12 eV, suggesting the presence of an additional shallow acceptor state. (C) 1999 American Institute of Physics. [S0003-6951(99)02308-6].

Determination of deep and shallow levels in conjugated polymers by electrical methods

Conjugated organic semiconductors have been submitted to various electrical measurement techniques in order to reveal information about shallow levels and deep traps in the forbidden gap. The materials consisted of poly[2-methoxy, 5 ethyl (2' hexyloxy) paraphenylenevinylene] (MEH-PPV), poly(3-methylthiophene) (PMeT), and alpha-sexithienyl (alpha T6) and the employed techniques were IV, CV, admittance spectroscopy, TSC, capacitance and current transients. (C) 1999 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Analysis of deep levels in a phenylenevinylene polymer by transient capacitance methods

Transient capacitance methods were applied to the depletion region of an abrupt asymmetric n(+) -p junction of silicon and unintentionally doped poly[2-methoxy, 5 ethyl (2' hexyloxy) paraphenylenevinylene] (MEH-PPV). Studies in the temperature range 100-300 K show the presence of a majority-carrier trap at 1.0 eV and two minority traps at 0.7 and 1.3 eV, respectively. There is an indication for more levels for which the activation energy could not be determined. Furthermore, admittance data reveal a bulk activation energy for conduction of 0.12 eV, suggesting the presence of an additional shallow acceptor state. (C) 1999 American Institute of Physics. [S0003-6951(99)02308-6].

Photophysics of PPV derivatives with varying conjugation lengths

Photoluminescence (PL), electroluminescence (EL) and photoconductivity (PC) of poly[(2,5-dimethoxy-p-phenylene) vinylene] (DMPPV) of varying conjugation length were studied. Thin film devices of the DMPPV with different conjugation lengths, as the active medium, were prepared. The PL emission spectra revealed the radiative decay of the singlet excitons with peak values corresponding to energies below the absorption onset. The PL. emission spectra of the copolymer films also revealed vibronic features, which get well resolved upon cooling to 80K, The devices exhibit light emitting diode (LED) behavior; the I-V curves and EL spectra are compared in these DMPPV samples having different conjugation lengths. The PC studies reveal subtle features, which can be attributed to the optically generated excitations in the system.

Symmetrized DMRG studies of low-energy electronic states of poly-para-phenylene (PPP) and poly-para-phenylenevinylene (PPV) systems

Symmetrized DMRG calculations on long oligomers of poly- para-phenylene (PPP) and poly-para-phenylene vinylene (PPV) systems within a `U-V' model have been carried out to obtain the one-photon, two-photon and singlet-triplet gaps in these systems. The extrapolated gaps (in eV) are 2.89, 3.76 and 2.72 in PPP and 3.01, 3.61 and 2.23 in PPV for the one- photon, two-photon and spin gaps respectively. By studying doped systems, we have obtained the exciton binding energies. The larger exciton binding energies, compared to strongly dimerized linear chains emphasizes the role of topology in these polymers. Bond orders, charge and spin correlations in the low-lying states bring out the similarities between the lowest one-photon, the lowest triplet and the lowest bipolaronic states in these systems. The two-photon state bond orders show evidence for strong localization of this excitation in both PPP and PPV systems.

MDMO-PPV包裹PbS量子点和纳米棒材料及电池的制备方法

于AD批量导入至AEzhangdi

Synthesis of MDMO-PPV capped PbS quantum dots and their application to solar cells

Poly[2-methoxy-5-(3',7'-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene] (MDMO-PPV) capped PbS quantum dots about 3-6 nm in diameter were synthesized with a novel method. Unlike the synthesis of oleic acid capped PbS quantum dots, the reactions were carried out in solution at room temperature, with the presence of a capping ligand species, MDMO-PPV. The quantum dots were used to fabricate bulk heterojunction solar cells with an indium tin oxide (ITO)/polyethylenedioxythiophene/polystyrenesulphonate (PEDOT: PSS)/MDMO-PPV: PbS/Al structure. Current density-voltage characterization of the devices showed that after the addition of the MDMO-PPV capped PbS quantum dots to MDMO-PPV film, the performance was dramatically improved compared with pristine MDMO-PPV solar cells. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The synthesis of MDMO-PPV capped PbS nanorods and their application in solar cells

Poly[2-methoxy-5-(3',7'-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene] (MDMO-PPV) capped PbS nanorods about 100 nm in diameter and 400 nm in length were synthesized via a hydrothermal route in toluene and dimethylsulfoxide solution. By blending the PbS nanorods with the MDMO-PPV as the active layer, bulk heterojunction solar cells with an indium tin oxide (ITO)/polyethylenedioxythiophene/polystyrenesulphonate (PEDOT PSS)/MDMO-PPV PbS nanorods/Al structure were fabricated in a N-2 filled glove box, Current density-voltage characterization of the devices showed that the solar cells with PbS nanorods hybrid with MDMO-PPV as active layer were better in performance than the devices with the polymer only. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Organic/inorganic hybrid solar cells based on SnS/SnO nanocrystals and MDMO-PPV

SnS/SnO heterojunction structured nanocrystals with zigzag rod-like connected morphology were prepared by using a simple two-step method. Bulk heterojunction solar cells were fabricated using the SnS/SnO nanocrystals blended with poly(2-methoxy-5-(3',7'-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylene vinylene) (MDMO-PPV) as the active layer. Compared with solar cells using SnS nanoparticles hybridized with MDMO-PPV as the active layer, the SnS/SnO devices showed better performance, with a power conversion efficiency higher by about one order in magnitude.