Synthesis, characterization and study of hybrid materials for optical and electronic applications

Abstract

Hybrid organic–inorganic semiconductors, particularly those based on organic-metal halide ones, which are usually referred to as perovskites, have garnered significant attention due to their novel properties attained at room temperature and their potential use in various novel applications. These include solar cells, field effect transistors, light-emitting diodes and sensors. Some research has focused on incorporating additives into the perovskites or incorporate them into hosts, synthetic paths that would allow for precise properties’ tuning, including stability, optoelectronic as well as charge transport characteristics. The present thesis aims to contribute towards synthesis and characterization of some new perovskites, elaborate on the impact of water presence in industrial solvents used for the synthesis, on the incorporation of additives in perovskites as well as the influence of those to film quality on various substrates. Also, the stability of perovskite films has been investigated and the utilization of hybrid organic–inorganic materials as photodetectors and/or radiation detectors. Lastly, an innovative fabrication technique involving the production of perovskite/PLA filaments was pursued, to estimate the suitability of additive manufacturing as means to fabricate industrial, affordable, convenient and robust perovskite devices.

Οι υβριδικοί οργανικοί-ανόργανοι ημιαγωγοί, ιδιαίτερα αυτοί που βασίζονται σε οργανο-μεταλλικά αλογονίδια που συνήθως αναφέρονται ως περοβσκίτες, έχουν συγκεντρώσει σημαντική προσοχή λόγω των νέων ιδιοτήτων τους που επιτυγχάνονται σε θερμοκρασία δωματίου και της πιθανής χρήσης τους σε διάφορες εφαρμογές. Τέτοιου είδους εφαρμογές περιλαμβάνουν ηλιακά κύτταρα, τρανζίστορ, δίοδοι εκπομπής φωτός και αισθητήρες. Ορισμένες έρευνες έχουν επικεντρωθεί στην ενσωμάτωση προσθέτων στους περοβσκίτες ή στην ενσωμάτωσή τους σε μήτρες, επιτρέποντας την προσαρμογή των ιδιοτήτων, συμπεριλαμβανομένης της σταθερότητας, των οπτοηλεκτρονικών ιδιοτήτων καθώς και των χαρακτηριστικών μεταφοράς φορτίου. Η παρούσα διδακτορική διατριβή, στοχεύει να συμβάλει στη σύνθεση και χαρακτηρισμό ορισμένων νέων περοβσκιτών, να μελετήσει την επίδραση της παρουσίας νερού στους διαλύτες κατά την σύνθεση, την ενσωμάτωση προσθέτων στους περοβσκίτες καθώς και την επίδραση αυτών στην ποιότητα σχηματισμού υμενίων σε διάφορα υποστρώματα. Επίσης, έχει διερευνηθεί η σταθερότητα των υμενίων περοβσκίτη και η χρήση υβριδικών οργανικών-ανόργανων υλικών ως φωτοανιχνευτές ή/και ανιχνευτές ακτινοβολίας. Τέλος, επιδιώχθηκε μια καινοτόμος τεχνική κατασκευής νημάτων περοβσκίτη/PLA, για να εκτιμηθεί η καταλληλότητα της κατασκευής προσθέτων ως μέσου για την κατασκευή βιομηχανικών, προσιτών, βολικών και ανθεκτικών συσκευών περοβσκίτη.