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dc.contributor.advisor 정대성 -
dc.contributor.author Neethipathi Deepan Kumar -
dc.date.accessioned 2020-06-22T16:02:26Z -
dc.date.available 2020-06-22T16:02:26Z -
dc.date.issued 2020 -
dc.identifier.uri http://dgist.dcollection.net/common/orgView/200000286631 en_US
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/20.500.11750/11995 -
dc.description Photo Multiplication, Photodetector, Organic Photodiode,High Detectivity, Optical Sensitizer -
dc.description.abstract In this work, we explore the possibility of using nonfullerene and a planar n-type small molecular semiconductor, 2,2′‐((2Z,2′Z)‐((4,4,9,9‐tetrahexyl‐4,9‐dihydro‐s‐indaceno[1,2‐b:5,6‐b′]dithiophene‐2,7‐diyl)bis(methanylylidene))bis(3‐oxo‐2,3‐dihydro‐1H‐indene‐2,1‐diylidene))dimalononitrile (IDIC) as an optical sensitizer to improve the EQE and to reduce the thickness of the photoactive layer to 70 nm. A key idea of this work is utilizing the unique photophysical properties of IDIC with an anisotropic electron transport. As is well known, contrary to spherical PCBMs (PC61BM and PC71BM) with an isotropic charge transport property, the 2D planar IDIC with an inherently anisotropic packing structure tends to hinder the formation of the effective electron percolation pathways. This is a very important requirement for the optical sensitizer of PM-OPDs because it leads to more efficient charge trapping. In addition, IDIC possesses a relatively higher absorption coefficient in the visible range compared to PC71BM, which can contribute to a higher photocurrent. Together with a deeper lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) level of IDIC compared to PC71BM, all the mentioned photophysical properties of IDIC can be much more beneficial as optical sensitizers of the PM-OPDs. Layer-by-layer deposition of P3HT as a photoactive layer and IDIC as an optical sensitizer enables more effective PM operation, yielding high EQE exceeding 130,000% and specific detectivity over 1012 Jones at 150-nm-thick active layer. Furthermore, due to more facile spatial confinement of the charge carriers, the photoactive layer thickness was further decreased down to 70 nm while maintaining reasonably high EQE of 60,000% as well as specific detectivity over 1012 Jones. Physical origins of such synergetic effects of using IDIC as an optical sensitizer are fully discussed with various photophysical analyses in the forthcoming sections. -
dc.description.statementofresponsibility open -
dc.description.tableofcontents 1 - Introduction 2
1.1 Introduction to PM based Photodetector 2
1.2 Mechanism – Photo Multiplication Type Photodetector 3
1.3 PM Type Photodetector – Advantages and Disadvantages 4
1.4 Recent Trends in PM type Photodiodes 5
1.5 Current Theses Work 7
2 – Experimental Section 9
2.1 Preparations 9
2.1.1 Material Preparations 9
2.1.2 Device Preparations 10
2.2 Characterizations 11
2.2.1 Material Characterization 11
2.2.2 Device Characterization 14
3 – Results and Discussions 17
4 – Conclusions 31
-
dc.format.extent 38 -
dc.language eng -
dc.publisher DGIST -
dc.source /home/dspace/dspace53/upload/200000286631.pdf -
dc.title Fabrication of Ultra-Thin Photo-Multiplication Photodiode by Using a Non Fullerene-Based 2D Planar Small Molecular Semiconductor as an Efficient Optical Sensitizer -
dc.title.alternative 효율적인 광 증감 제로 비 풀러렌 기반 2D 평면형 소분자 반도체를 사용하여 초박형 광증 배 포토 다이오드 제작 -
dc.type Thesis -
dc.identifier.doi 10.22677/Theses.200000286631 -
dc.description.alternativeAbstract 본 연구에서는 100 nm 이하의 얇은 광활성층 두께 조건에서 높은 외부 양자 효율을 구현하기 위해, 평면 분자 구조를 가지는 비 풀러렌 전자 받개인 2,2′‐((2Z,2′Z)‐((4,4,9,9‐tetrahexyl‐4,9‐dihydro‐s‐indaceno[1,2‐b:5,6‐b′]dithiophene‐2,7‐diyl)bis(methanylylidene))bis(3‐oxo‐2,3‐dihydro‐1H‐indene‐2,1‐diylidene))dimalononitrile (IDIC)의 광학적 감응제(optical sensitizer)로서의 활용 가능성을 타진하였다. 본 연구는 핵심은 기존의 구형 구조를 가지는 풀러렌 계열 전자 받개(PC61BM, PC71BM)에서 보이는 등방적인 전자 전달과는 반대인 IDIC의 비등방적인 전자 전달을 활용하는 것으로, 이러한 비등방적인 패킹 구조는 전자의 효율적인 여과 경로(percolation pathway)의 형성을 저해하게 된다. 따라서 이러한 현상은 전하의 트랩에 있어 굉장히 용이하다고 할 수 있는데, 때문에 광 증폭(photomultiplication) 메커니즘 기반의 유기 포토디텍터(organic photodetector, OPD) 구조에서 광학적 감응제로 적용하기에 적합하다고 할 수 있다. 또한, IDIC는 기존의 풀러렌 계열 전자 받개들에 비해 가시광선 영역의 파장에 대해 더 높은 흡광 계수를 가지는데, 이는 흡광 효율의 향상을 야기하여, 결과적으로 기존에 비해 더 높은 광전류를 구현할 수 있게 한다. 상기 서술한 광물리적인 특성과 더불어, IDIC는 풀러렌 계열 전자 받개에 비해 더 낮은 최저 빈 분자 궤도(lowest unoccupied molecular orbital, LUMO) 준위를 가지는데, 이러한 특성 또한 PM-OPD 구조에서 광학적 감응제로서 풀러렌 계열 전자 받개에 비해 더욱 낫다고 할 수 있다. 소자 구현을 위해, 광활성층으로 IDIC와 함께 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT)을 사용하였고, 소자 성능의 비교를 위해 IDIC 대신 PC71BM을 적용한 소자 또한 제작하였다. 더 효율적인 광 증폭 메커니즘 구현을 위해, P3HT와 IDIC 또는 PC71BM을 층층이 배치(layer-by-layer deposition)하였고, 이를 통해 약 150 nm의 매우 얇은 광활성층을 이용하여 130,000% 이상의 외부 양자 효율과 1012 Jones 이상의 검출능을 가지는 고성능 유기 포토디텍터를 구현할 수 있었다. 또한, 기존 풀러렌 계열 전자 받개를 사용한 경우에 비해 IDIC를 사용할 때 더 강한 전하의 공간적 구속(spatial confinement)이 이루어짐을 확인하여 광활성층의 두께를 더욱 낮추었고, 약 70 nm 정도의 매우 얇은 광활성층 조건에서도 60,000% 이상의 매우 높은 외부 양자 효율을 보임을 확인하였다. -
dc.description.degree Master -
dc.contributor.department Energy Science&Engineering -
dc.contributor.coadvisor Ju Hyuck Lee -
dc.date.awarded 2020-02 -
dc.publisher.location Daegu -
dc.description.database dCollection -
dc.citation XT.EM 니88 202002 -
dc.date.accepted 2020-01-20 -
dc.contributor.alternativeDepartment 에너지공학전공 -
dc.contributor.affiliatedAuthor Kumar, Neethipathi Deepan -
dc.contributor.affiliatedAuthor Chung, Dae Sung -
dc.contributor.affiliatedAuthor Lee, Ju Hyuck -
dc.contributor.alternativeName 이주혁 -
dc.contributor.alternativeName 니티퍼티 디판 쿠마 -
dc.contributor.alternativeName Dae Sung Chung -
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Department of Energy Science and Engineering Theses Master

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