Electronic processes and structure-property relationships in organic semiconductors

Abstract

ORGANİK YARIİLETKENLERDE ELEKTRONİK SÜREÇLER VE YAPI-ÖZELLİK İLİŞKİSİ Organik elektronik cihazlar günümüz teknolojisinin birçok alanına alternatif kaynaklar sunmaktadır. Özel cihaz mimarileri, geniş yüzeylere uygulanabilme, ihtiyaca göre sentezlenebilme ve düşük işletim maliyetlerinden dolayı benzersiz uygulama alanları sunmaktadır. Bu cihazları bir üst seviyeye taşıyabilmek için cihaz verimliliği ve ömrünü artırmaya yönelik çalışmalar ciddi önem arz etmektedir. Verimliliğin organik cihazlardaki araştırmalarını ivmelendirmek amacıyla önereceğimiz modelin bu anlamda büyük katkıları olacağını düşünüyoruz. Bu tezde; I) [5]-[12]CPP gibi egzotik amorf yapıların OLED mimarisinde kullanılmasıyla, halka boyutuna göre elektronik performansı nasıl etkilediğinin, II) TAPC, TDAB, TPD ve NPB gibi küçük yapılı moleküller kullanarak, amorf organik malzemelerdeki statik / dinamik enerji bozukluğunu ve bunların yük taşıma, enerji seviyeleri ve simüle edilmiş cihaz özellikleri üzerindeki toplu etkilerinin III) Radyal olarak π-konjuge, kapalı döngü ve yüksek derecede gergin kiral karbon nano kayışların (CNB'ler) atomik morfolojisi, yapısal düzeni ve yük transfer özelliklerinin cihaz özellikleriyle ilişkisinin hesaplamalı bir çalışmasını sunuyoruz. Genel olarak parametresiz bir QM / MM yaklaşımı benimsedik ve bir deşik taşıma malzemesinin ITO | HTL | Al biçiminde iki elektrot arasına sıkıştırıldığı (tek taşıyıcılı) tek delikli bir cihazı düşündük, ve (i) çok fonksiyonlu Gaussian 09 paket gaz fazı moleküler geometrik optimizasyonları (ii) Moleküler dinamik simülasyonları ile mikroskobik morfolojileri, (iii) sekme- benzeri taşıma kullanan kinetik Monte Carlo (kMC) simülasyonları ve elektronik yapı yöntemleri ile yük taşınması, (iv) akım-gerilim davranışı yoluyla sürüklenme-difüzyon denklemlerini çözerek cihaz karakteristiği çalışılacaktır. Bu çalışmada önerilen model ile ileri fonksiyonel malzeme ve enerjik malzeme teknolojileri öncelikli alanında üretilecek veya önerilecek malzemeler için mikroskobik düzeyden cihaz modellemeye varan, faydalı model ile yapılacak diğer muhtemel çalışmaların neredeyse sıfır maliyetle bilime ve ülke ekonomisine katkı sağlaması ve yeni bir bakış açısı sunulması planlanmaktadır.ELECTRONIC PROCESSES AND STRUCTURE-PROPERTY RELATIONSHIPS IN ORGANIC SEMICONDUCTORS Organic electronic devices offer alternative sources to many areas of today's technology. Special device architectures offer unique application areas due to their application to large surfaces, their ability to be synthesized according to needs and their low operating costs. In order to take these devices to the next level, studies to increase device efficiency and life are of great importance. We think that the model we will propose in order to accelerate the research of efficiency in organic devices will make great contributions in this sense. In this thesis we present a computational study of; I) how exotic amorphous structures such as [5]-[12]CPP are used in OLED architecture, affecting electronic performance with respect to ring size, II) static/ dynamic energetic disorder in amorphous organic materials, and their collective effects on carrier transport, energy levels, and simulated device characteristics, III) relation of the atomic morphology, structural arrangement, and charge transfer properties of radially π-conjugated, closed-loop, and highly strained chiral carbon nanobelts (CNBs) to device properties. We adopted a parameter-free QM/ MM approach and considered a (single-carrier) hole only device, where a hole-transporting material is sandwiched between two electrodes in the form ITO|HTL|Al, and will be studied; (i) gas phase molecular geometric optimizations with the multifunctional Gaussian 09 package program (ii) microscopic morphologies by molecular dynamics (MD) simulations, (iii) charge-transport by electronic structure methods and kinetic Monte Carlo (kMC) simulations employing hopping transport and finally (iv) device characteristics via current-voltage behavior by solving drift-diffusion equations. With the model proposed in this study, it is planned to contribute to science and the country's economy and to present a new perspective, with almost zero cost, for the materials to be produced or proposed in the priority area of advanced functional materials and energetic material technologies, from microscopic level to device modeling, and other possible studies to be made with the utility model.