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

Resum

Les propietats estructurals i electròniques de la interfase orgànic–orgànic són de vital importància per al funcionament eficient de OLEDs i OPVs. Un dels reptes per a l’optimització de l’energia fotovoltaica orgànica, és conèixer les condicions a escala molecular d’interfases que afavoreixen la dissociació del excitón en la interfase orgànica–orgànica (donor(D)/acceptor(A)) i que permeten un posterior eficient transport de càrrega cap als elèctrodes. Per això, és necessari utilitzar metodologies experimentals que permetin investigar, a escala molecular, el grau d’implicació de factors químics i estructurals, en la generació de càrrega elèctrica i en els processos de col·lecció en els elèctrodes. Aquesta necessitat ha motivat l’estudi i recerca de les propietats estructurals i electròniques de la interfase orgànic-metall, així com de heteroestructuras orgànic-orgànic (D/A) a nivell molecular. Empleat per a això un microscopi combinat STM/FM-AFM en UHV, que permet mesurar amb resolució molecular/sub-molecular l’estructura local, així com les espectroscòpies XPS o UPS i mesures NEXAFS en funció de la polarització. Tenint com a objectiu final proporcionar una descripció a escala molecular de les interfases orgànic-metall i orgànic-orgànic que serveixi com a guia per al disseny de nous materials basats en capes moleculars orgàniques i per a la possible millora de l’eficiència de dispositius. Més específicament, la recerca està centrada en preparar, créixer, caracteritzar i modelitzar interfases orgàniques, basades en molècules orgàniques d’interès com a sistema D/A. El seu estudi sobre diferents superfícies monocristalinas com Au, Ag, Cu i Ni, permet la influència de la interacció orgànic-metall, així com les propietats electròniques a nivell local. En una primera part, es fa una introducció dels principals conceptes teòrics i descripció de: materials orgànics, STM/FM-AFM i tècniques complementàries usades. En la segona part es presenten els resultats experimentals i/o càlculs teòrics en alguns casos. En capítol 4, s’investiga la manifestació de la quiralidad a diversos nivells d’organització molecular com a producte del autoensamblaje sobre Cu(100) dels enantiómeros de la molècula difeniletilendiamina. Seguidament, en el capítol 5, s’explora la transferència de l’organització quiral, estructura i distribució de la densitat electrònica, i l’efecte dels dipols moleculars en la funció de treball per a capes moleculars ordenades de la ftalocianina ClAlPc sobre superfícies (111) de Au i Cu. En el capítol 6, s’expandeix la recerca de les molècules ClAlPc (D) combinant-les amb fullerenos C60 (A) sobre Au(111) investigat les heterouniones de tipus D/A, com l’ordre i l’orientació molecular poden influir i afectar l’adsorció i l’acte-organització dels C60 sobri ClAlPc/*Au(111). D’altra banda, en el capítol 7 es van estudiar propietats estructurals de les ftalocianinas FAlPc sobre Au(111). En el capítol 8, es va dipositar el fullereno fluorat C60F48 (acceptor usat com a dopant tipus p en dispositius) sobre superfícies metàl·liques (111), i investigar l’estructura electrònica de les molècules, l’alineació els nivells energètics en la interfase molècula-metall, i els mecanismes que afecten el grau d’estabilitat de l’espècie química sobre les diferents superfícies, més (Cu i Ni), o menys reactives (Au). En el capítol 9 es va investigar les propietats estructurals i electròniques (usant radiació sincrotró) de les molècules de tipus donor octil benzotieno benzotiofeno (BTBT–C8) i dioctil benzotieno benzotiofeno (C8–BTBT–C8) després de ser dipositades sobre la superfície de Au(111). Per a finalitzar, s’ha estudiat la heterounión orgànic-orgànic després d’incorporar l’acceptor C60F48 com a dopant molecular. Finalment, el capítol 10 s’exposen les conclusions generals extretes a partir dels resultats dels capítols 4–9 de la present tesi.