Transient optical and electrical phenomena in organic semiconductors: Insights into fundamental photophysics, resistive switching, and emulation of synaptic plasticity

Abstract

The growing demand for flexible and cost-effective printable optoelectronic devices can be fulfilled employing organic semiconductors, comprising either polymers or low molecular weight organic molecules with π-conjugated electron system. This thesis is focused on the experimental study of photophysical and charge-transport properties of these materials, in particular phenomena related to a transient state after photoexcitation or charge transfer, with the aim to understand the underlying processes important for their functionality in various devices in organic electronics, particularly in field effect transistors (OFETs) and memristors, and to optimize their performance. We also demonstrate the potential of exciton management in organic semiconductors that can be exploited in organic photovoltaics. Using transient optical absorption spectroscopy, we show that thiophene-diketopyrrolopyrrole (TDPP) derivatives exhibit structure-dependent excited state evolution leading to an effective generation of triplets, possibly through singlet fission, and the impact of thermal effects in pump-probe laser spectroscopy measurements on obtained data. Additionally, we found that TDPP-based polymer mixed with perylene, or polymethacryalamide with carbazole side groups are capable of exhibiting electronic memory...

Rostoucí potřeba flexibilních a cenově efektivních tisknutelných optoelektronických zařízení vede k vývoji nových organických polovodičů, které zahrnují především polymery a nízkomolekulární organické látky s π-konjugovaným elektronovým systémem. Tato práce je zaměřena na experimentální studium fotofyzikálních a elektronových transportních vlastností těchto materiálů, zejména na jevy spojené s transientními stavy po fotoexcitaci organického polovodiče nebo přenosu náboje. Cílem je porozumět základním procesům v těchto látkách, které jsou důležité pro jejich funkčnost v různých elektronických zařízeních v organické elektronice, zejména v organických tranzistorech řízeným elektrickým polem (OFET) a memristorech, a optimalizovat jejich vlastnosti. Dále je práce věnována fotofyzikálním procesům, které v organických polovodičích vedou k transformaci excitonů. Tyto procesy, zejména proces štěpení singletních excitonů na excitony tripletní, lze využít v organických fotovoltaických článcích. Pomocí transientní optické absorpční spektroskopie jsme ukázali, že thiophenové deriváty diketopyrrolopyrrolu (TDPP) vykazují efektivní transformaci singletních excitovaných stavů na tripletní, pravděpodobně mechanismem prostřednictvím singletového štěpení, které je však silně závislé na vzájemném uspořádání molekul a...