Doktora Tezleri

Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/20.500.12573/5800

Browse

Filters

2018 - 201912020 - 20222

Settings

Author: search.filters.author.Usta, HakanDepartment: search.filters.department.Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

Search Results

Now showing 1 - 3 of 3
  • Doctoral Thesis
    Yeni benzothieno[3,2-b]benzothiophene (BTBT)-Temelli Moleküler Yarıiletkenler ve Organik Alan Etkili Transistör Uygulamaları
    (2021) Özdemir, Resul; Usta, Hakan
    Son on yılda yüksek mobilite veren p-tipi moleküler yarı iletkenlerin geliştirilmesinde mükemmel bir π-çerçevesi olan DAcTTs'ler baş rolü oynamıştır. Bununla birlikte, n-tipi DAcTT'ler literatürde son derece nadirdir ve elektron taşıma özellikleri büyük ölçüde keşfedilmemiştir. Bu tezin ikinci bölümünde, literatürdeki ilk N-tipi BTBT tabanlı yarıiletken olan D(PhFCO)-BTBT, iki aşamada geçiş metali ve kromatografik saflaştırma kullanılmadan elde edilmiştir. Organik alan etkili transistör cihazları μe (max) = ~ 0.6 cm2/V.s ve Ion/Ioff = 107-108 oranı göstermiştir. Bu sonuçlar, geniş bant aralıklı BTBT π-çerçevesinin yüksek yük taşıma kabiliyetine sahip n-tipi organik yarı iletkenlerin geliştirilmesi için ümit verici bir aday olduğunu göstermiştir. Bu yarıiletkenin sunduğu yüksek yük taşıma kapasitesi ile optik şeffaflığın birleşimi, (opto) elektronik uygulamalara yeni bir bakış açısı getirebilir. Bu tezin üçüncü bölümünde bir dizi BTBT-temelli küçük molekül, D(C7CO)-BTBT, C7CO-BTBT-CC(CN)2C7 ve D(C7CC(CN)2)-BTBT, 'S-F-BTBT-F-S (F/S: fonksiyonel grup/sübstitünet)' moleküler mimarisinde dizayn edildi ve sentezlendi. D(PhFCO)-BTBT ile birleştirildiğinde, düşük LUMO'lu DAcTT'ler için sistematik olarak çeşitli kimyasal yapılara sahip bir moleküler kitaplık burada ilk kez geliştirildi ve temel ilişkiler açıklığa çıkarıldı. Bu çalışmada sunulan moleküler mühendislik perspektifleri, optoelektronikler için yeni elektron taşıyan tiyenoasenlerin tasarımına benzersiz bir bakış açısı sağlayabilir.
  • Doctoral Thesis
    Yüksek Performanslı Organik Transistörler ve Güneş Pilleri Uygulamaları için Yeni Yarı İletken Malzemeler
    (Abdullah Gül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2022) Can, Ayşe; Usta, Hakan
    In the first chapter, we review the historical and recent advances in the design and implementation of indenofluorene (IF)-based semiconductors in organic transistor and solar cell devices. In the second chapter, a series of n-type ambient-stable and solution- processable TIFDMT-based semiconducting molecules, β,β'-C8-TIFDMT, β,β'-C12- TIFDMT, and β,β'-C16-TIFDMT are reported. By utilizing alkyl chain engineering in TIFDMT-based molecules and semiconductor-dielectric interface engineering through PS-brush treatment onto the dielectric surface in their OFET devices, we optimize the semiconductors' morphologies and thin-film molecular packing motifs to attain high- performance OFETs. The PS-brush treated OFETs demonstrate high device performance with μe = 0.9 cm2/V.s and Ion/Ioff ratio = 107-108. In the third chapter, we demonstrate the design, synthesis, and characterizations of two novel meso-π-extended/-deficient BODIPY building blocks (2OD-T2BDY and 2OD-TTzBDY), a library of low band gap (Eg = 1.30-1.35 eV) donor-acceptor copolymers based on these building blocks, and the utilization of the D-A copolymers as donor materials in the bulk heterojunction organic photovoltaics. Power conversion efficiencies of up to 4.4% with a short-circuit current of 12.07 mA cm-2 are achieved. The findings of this thesis on molecular engineering and optoelectronic properties are unique and may provide critical insights into the future development of high performance materials for unconventional optoelectronics.
  • Doctoral Thesis
    Optoelektronik Uygulamalar için Fonksiyonel Organik Malzemelerin Dizaynı, Sentezi ve Karakterizasyonu
    (Abdullah Gül Üniversitesi, 2018) ÖZDEMİR, MEHMET; Özdemir, Mehmet; Usta, Hakan
    π-konjuge yarıiletken küçük molekül ve polimerlerin fonksiyonel organik malzemeler olarak geliştirilmesi optoelektronikte ortaya çıkan ve aralıksız büyümeye devam eden bir araştırma alanıdır. Gelecek nesil optoelektronik teknolojisinde mantık devreleri, esnek ekranlar, bükülebilir güneş panellerinde ve elektronik derilerde, yarı iletken küçük moleküller ve polimerler, yüksek performanslı organik ince-film transistörler (OTFT) ve fotovoltaiklerin (OPV) ana öğesi olarak öngörülmektedir. Ana motivasyon, son birkaç on yıldır devam eden yeni π-sistemlerin tasarlanıp sentezlenmesi sadece yük-taşımayı iyileştirmek, cihaz karakteristiği ve yeni fonksiyonelleri keşfetmeyi içermez aynı zamanda belirlenen molekülün optoelektronik özelliği ve elektrik performansı arasındaki ilişkiyi daha iyi anlamaktır. Bu tezde, OTFT ve OPV uygulamalar için, yeni π-konjuge yarıiletkenlerin teorik tasarım, sentez ve karakterizasyonuyla birlikte farklı kimyasal yapıları çalışılmış ve araştırılmıştır. Birinci bölümde π-konjuge yarıiletken malzemeler ve organik elektronik aygıtların genel konsepti ve temel kavramlar üzerinde durulmuş ve kapsamlı bir literatür taramasıyla bu alandaki en güncel sonuçlara erişilmiştir. OTFT'lerin sınıflandırılması yarıiletken malzemenin π yapısına bağlı olarak belirlenen n-kanal, p-kanal ve çift kanallı olmak üzere ana yük taşıyıcı tipine göre yapılmaktadır. Ayrıca, OPV'lerin çalışma mekanizması kullanılan yarıiletkenin π yapısının elektronik/yapısal özelliklere etkisi üzerinden incelenmiştir. İkinci bölümde yeni indeno[1,2-b]fluorene-6,12-dione-thiophene temelli yüksek π-konjuge donor-akseptör moleküler mimariye sahip DD-TIFDKT, 2EH-TIFDKT ve 2OD-TIFDKT küçük molekülleri tasarlanmış, sentezlenmiş ve karakterize edilmiştir. Indeno[1,2-b]fluorene-6,12-dione akseptör olarak tiyofen de donor olarak kullanılmıştır. Yarı iletken yapıları lineer –n-C12H25 veya 2-ethylhexyl-/2-octyldodecyl dallanmış α,ω-son fonksiyonel gruplu alkil zincirlerine sahip olup 1.7–1.8 eV düzeyinde düşük enerji bant aralığına sahiptir. Yeni yarıiletkenlerin alkil zincir boyutu ve yöneliminin optoelektronik özellikler, moleküller arası kohezif kuvveti, ince-film yapısı ve yük taşınım performansı üzerindeki etkisinin araştırılması yapı-özellik-fonksiyonellik bağıntısını ortaya koymuştur. 2EH-TIFDKT ve 2OD-TIFDKT yarı iletken malzemelerin çözücü ile proses edildiği yarı iletken OTFT cihazlar elektronlar için 0.04–0.12 cm2/V·s ve deşikler için 0.0003–0.02 cm2/V·s taşınım değerleri ve 105 - 106 düzeyindeki Ion/Ioff oranı ile mükemmel çift yönlü davranış göstermekte; çözücü ile proses edilebilen β-pozisyonundakine oranla taşıyıcı iletkenliğinde 2-3 kat artış sağlamıştır. β-pozisyonundaki değişim önemli biçimde π-yapı düzlemselliğini arttırmışken çözünürlük daha iyi hale gelmiş ve yük taşınım karakteristiği artmıştır. Üçüncü bölümde, 3 farklı yeni solüsyondan proses edilebilen BODIPY temelli yarıiletken malzemeler (BDY-3T-BDY, BDY-4T-BDY ve BDY-PhAc-BDY) sentelenmiş. Tüm malzemeler n-karakterli OTFT cihazda çalıştı. BDY-4T-BDY temelli alt kapı/üst kontak cihazda Ion/Ioff >108 electron hareketliliği ise 0.01 cm2/V·s den yüksek çıkmıştır. Bu sonuç bugüne kadar ki literatürde bilinen BODIPY temelli malzemelerde yüksek yük-taşıma hareketliliği ne sahiptir. BDY-3T-BDY ise elektron hareketliliği 2.7×10-4 cm2/V·s ve 9.6×105 Ion/Ioff oranına sahiptir. BDY- PhAc –BDY ise elektron hareketliliği 0.004 cm2/V·s ve Ion/Ioff105-106'dur. Bu moleküllerin kimyasal yapıları, optik/elektrokimyasal özellikleri ve ince-film yapıları 1H/13C NMR, kütle spektrometresi, siklik voltametri, UV-Vis absorbsiyon spektroskopisi, termogravimetrik , atomik kuvvet misroskopisi (AFM) ve X-ray kırılım(XRD) analizi ile karakterize edilmiştir. Dördüncü bölümde, Boron içeren P(2OD-TBDY-T) ve P(2OD-TBDY-TT) polimerleri sentezlenmiş ve OTFT ile OPV'de ki optoelektronik özellikleri araştırılmıştır. P(2OD-TBDY-T) temelli polimer, alt kapı/üst kontak OTFT cihazda Ion/Ioff oranı >108 ve deşik hareketliliği 0.005 cm2/V·s sergilemiştir. Ters çevrilmiş BHJ-Güneş pillerinin aktif tabakasında (P(2OD-TBDY-T):PC71BM kullanımı ile % 6,2 güneş enerjisi çevirme verimi (PCE) ve 16.6 mA/cm2 kısa devre akımı ile harika sonuçlar elde edilmiştir. Bu sonuçlar mantıklı tasarımlarla BODIPY temelli donor kopolimerlerin yüksek performanslı OPV'ler için kullanılabileceğini göstermektedir. Bu tez kapsamında yapılan çalışmaların bulguları matematiksel modelleme ışığında gerçekleştirilen sentez dizaynları ile moleküler ve polimerik yarıiletkenlerin fizyokimyasal/optoelektronik özelliklerinin yanında elektron/deşik taşınım karakteristiklerinin de büyük ölçüde geliştirilerek yeni fonksiyonlar kazandırılabileceğini ortaya koymaktadır. Elde ettiğimiz sonuçların yüksek performanslı optoelektronik uygulamalarında kullanılacak farklı yapılardaki yarıiletken malzemelerin araştırılması ve optimize edilmesi için önemli bilgiler ve motivasyon sağlayacağını düşünmekteyiz.