Descripción a Nivel Molecular de Propiedades Estructurales y Electrónicas en Interfases Orgánicas

Resumen

Las propiedades estructurales y electrónicas de la interfase orgánico-orgánico son de vital importancia para el funcionamiento eficiente de OLEDs y OPVs. Uno de los retos para optimizar la energía fotovoltaica orgánica, es conocer las condiciones a escala molecular de interfases que favorecen la disociación del excitón en la interfase orgánica-orgánica (donor(D)/aceptor(A)) que permiten un posterior eficiente transporte de carga hacia los electrodos. Entonces, es necesario utilizar metodologías experimentales que permitan investigar, a escala molecular, el grado de implicación de factores químicos y estructurales, en la generación de carga eléctrica y en los procesos de colección en los electrodos. Esta necesidad ha motivado el estudio e investigación de las propiedades estructurales y electrónicas de la interfase orgánico-metal, y de heteroestructuras orgánico-orgánico (D-A) a nivel molecular. Empleado para ello un microscopio combinado STM/FM-AFM en UHV, que permite medir con resolución molecular o sub-molecular de la estructura local, tambien las espectroscopias XPS, UPS y medidas NEXAFS. Teniendo como objetivo final proporcionar una descripción a escala molecular de las interfases orgánico-metal y orgánico-orgánico que sirva como guía para el diseño de nuevos materiales basados en capas moleculares orgánicas y para la posible mejora de la eficiencia de dispositivos. Más específicamente, la investigación está centrada en preparar, crecer, caracterizar y modelizar interfases orgánicas, basadas en moléculas orgánicas de interés como sistema D-A. Su estudio sobre diferentes superficies monocristalinas como Au, Ag, Cu y Ni, permite la influencia de la interacción orgánico-metal, así como las propiedades electrónicas a nivel local. En una primera parte, se hace una introducción de los principales conceptos teóricos y descripción de: materiales orgánicos, STM/FM-AFM y técnicas complementarias usadas. En la segunda parte se presentan los resultados experimentales y/o cálculos teóricos en algunos casos. En capítulo 4, se investiga la manifestación de la quiralidad a diversos niveles de organización molecular como producto del autoensamblaje sobre Cu(100) de los enantiómeros de la molécula difeniletilendiamina. Seguidamente, en el capítulo 5, se explora la transferencia de la organización quiral, estructura y distribución de la densidad electrónica, y el efecto de los dipolos moleculares en la función de trabajo para capas moleculares ordenadas de la ftalocianina ClAlPc sobre superficies (111) de Au y Cu. En el capítulo 6, se expande la investigación de las moléculas ClAlPc (D) combinándolas con fullerenos C60 (A) sobre Au(111) investigado las heterouniones de tipo D/A, como el orden y la orientación molecular pueden influir y afectar la adsorción y la auto-organización de los C60 sobre ClAlPc/Au(111). Por otro lado, en el capítulo 7 se estudiaron propiedades estructurales de las ftalocianinas FAlPc sobre Au(111). En el capítulo 8, se depositó el fullereno fluorado C60F48 (aceptor usado como dopante tipo p en dispositivos) sobre superficies metálicas (111), e investigar la estructura electrónica de las moléculas, la alineación los niveles energéticos en la interfase molécula-metal, y los mecanismos que afectan al grado de estabilidad de la especie química sobre las diferentes superficies, más (Cu y Ni), o menos reactivas (Au). En el capítulo 9 se investigó las propiedades estructurales y electrónicas (usando radiación sincrotrón) de las moléculas de tipo donor octil benzotieno benzotiofeno (BTBT-C8) y dioctil benzotieno benzotiofeno (C8-BTBT-C8) tras ser depositadas sobre Au(111). Para finalizar, se ha estudiado la heterounión orgánico-orgánico tras incorporar el aceptor C60F48 como dopante molecular. Finalmente, el capítulo 10 se exponen las conclusiones generales extraídas a partir de los resultados de los capítulos 4–9 de la presente tesis.