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Título

Structure and electronics of donor-acceptor blends

AutorGoiri, Elizabeth
DirectorOteyza, D. G. de ; Ortega, J. Enrique
Fecha de publicación2014
EditorUniversidad del País Vasco
Resumen[ES]: Las mezclas moleculares donor-aceptor se utilizan en dispositivos electrónicos de inyección, como las células solares orgánicas. Las interfaces metal/molécla en estos dispositivos son clave para su funcionamiento, ya que el alineamiento de los niveles moleculares con respecto al nivel de Fermi del metal determina las barreras de inyección/extracción de electrones y huecos. En este trabajo se estudian la estructura y el alineamiento energético de monocapas moleculares que son mezclas de dos moléculas conjugadas de pequeño tamaño, una dadora y otra aceptora. Las moléculas utilizadas son la ftalocianina de cobre (CuPc) y el pentaceno (PEN) -moléculas dadoras bien conocidas por su uso en dispositivos- y sus homólogas fluoradas, FCuPc y PFP, que son moléculas aceptoras. Las combinaciones dador-aceptor estudiadas son CuPc+PFP y PEN+FCuPc, y los substratos utilizados, las superficies (111) de los metales Ag y Cu. Del trabajo anterior, se sabe que para las monocapas mixtas sobre Au(111), los niveles moleculares están anclados al nivel de vacío, lo cual produce un desplazamiento característicos en energía de ligadura de los niveles de las moléculas (dador a menor energía de ligadura, aceptor a mayor energía de ligadura) en función de la concentración relativa de moléculas dadoras y aceptoras en cotacto con el metal. El anclaje al nivel de vacío es de esperar en sistemas poco interactivos, en los que o existe transferncia de carga. Por eso las mezclas sobre Au(111) siguen de cerca los desplazamientos arriba mencionados. Sin embargo, cuando utilizamos substratos más reactivos, como Ag(111) y Cu(111), existirán efectos adicionales que debemos tener en cuenta y observaremos que los desplazamientos de los niveles moleculares divergen de aquéllos predichos por el modelo de anclaje al nivel de vacío. Este trabajo busca entender estas ciscrepancias y explicarlas con efectos como la transferencia de carga y los cambios en la distancia de absorción.
[EN]: The growing potential of organic layers as the main component in electronic devices has led to a boom in the study of organic metal interfaces. Both the structure of organic overlayer and its electronic energy level alignment with the metal are defining characteristics of the system. In this thesis we explore both structural and electronic properties of organic monolayers on single crystal surfaces. Copper phthalocyanine (CuPc) and pentacene (PEN) are organic semiconductors well known for their successful integration into optoelectronic devices. These, along with their uorinated counterparts fluorinated copper phthalocyanine (FCuPc) and perfluoropentacene (PFP) are molecules employed in this work. In Chapter 3 a purely structural study of the dislocation network formed at low temperature in the PFP/Ag(111) system is made. Theoretical calculations based on the experimental structural parameters obtained by scanning tunneling microscopy (STM) rationalize the generation of dislocations by taking into account the effects of intermolecular, molecule-substrate and substrate mediated interactions. The remaining two chapters deal with the main focus of this dissertation, this being the structure (Chapter 4) and electronics (Chapter 5) of monolayer donor-acceptor blends made up of CuPc and PEN (donors) and their fluorinated counterparts FCuPc and PFP (acceptors) on noble metal (111) substrates. STM measurements show that, regardless of the substrate, the molecular blends|CuPc+PFP and FCuPc+PEN|share a common structure that tends to maximize donor-acceptor contact, due to the leading role of hydrogen bonding in the self-assembly process. The new environment of the molecules is found to produce changes in the electronic levels of the molecules, thereby a ecting the energy level alignment between the organic layer and the metal. Photoelectron spectroscopy using X-ray and UV radiation allows probing the molecules' occupied levels, whereas X-ray absorption allows probing the unoccupied levels. For weakly interacting systems a simple vacuum level pinning scenario surfaces to explain the changes in the molecular levels. For more strongly interacting systems the effects of charge transfer and of conformational changes (assessed by X-ray standing wave measurements) must be taken into account in order to understand the changes taking place in these mixed layers and provide a complete picture of the energy level alignment in such systems.
URIhttp://hdl.handle.net/10261/137330
Aparece en las colecciones: (CFM) Tesis
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