Semiconducting : insulating polymer blends with enhanced ambipolar charge transport

In this thesis work the electronic properties of diketopyrrolopyrrole-thieno [3,2-b] thiophene copolymer (DPP-T-TT) are explored to ensure the fabrication of logic devices. The electronic behaviour of DPP-T-TT polymer based OFETs has been examined. Furthermore, the effects of the introduction of the insulator high density polyethylene (HDPE) in DPP-T-TT: HDPE (semiconductive:insulator) blends, previously considered to display favourable rheological and mechanical properties compared to neat polymer, has been experienced. In order to overcome interface controlled issues, a SAM surface treatment with octadecyltrichlorosilane (OTS) has been proposed. Specific process parameters have influenced the effects of this coating. In particular, ambipolar charge transport proved to be promoted only by the OTS treatment, while deposition temperature variations affect the general electronic behaviour. The analysis of DPP-T-TT:HDPE films has been performed mainly through the following methods: UV-vis spectroscopy, fluorescence spectroscopy, optical microscopy, DSC and flash DSC, GIWAX. The improvement of charge carriers mobility has been also related to these process parameters. Optimal OFETs fabrication processing, according to specific properties required, has been investigated. This achievement has allowed the fabrication of fundamental logic circuitry element, such as ambipolar inverters. Furthermore the employment of DPP-T-TT in ternary blends for organic photovoltaic cells (OPVs), in relation to temperature stability and optical properties, has been highlighted. The role of these conjugated polymer films in performance improving has been clarified, identifying the bridge between materials processing and properties.

In questa tesi sono esaminate le proprietà elettroniche del copolimero dichetopirrolopirrolo-tieno [3,2-b]tiofene (DPP-T-TT), a partire dal suo utilizzo in transistor organici ad effetto di campo (OFETs). In questo contesto, è stata studiata la miscela tra questo polimero semiconduttore ed un polimero isolante, il polietilene ad alta densità, (DPP-T-TT: HDPE); in particolare, sono stati sperimentati gli effetti dell'utilizzo del HDPE sul miglioramento delle proprietà meccaniche, reologiche ed elettroniche del polimero DPP-T-TT. Al fine proprio di migliorare le proprietà elettroniche è stato introdotto un trattamento superficiale con molecole auto-assemblanti di octadeciltriclorosilano (OTS). Promettenti proprietà di traporto ambipolare sono riscontrabili solo nei dispositivi così trattati. I metodi di analisi utilizzati per lo studio delle proprietà dei film DPP-T-TT: HDPE sono: spettroscopia UV-vis, spettroscopia a fluorescenza, microscopia ottica, DSC and flash DSC, GIWAX. L’incremento della mobilità dei portatori di carica è stato dimostrato esser legato ai parametri di processo utilizzati. La temperatura di deposizione dei film regola il comportamento elettronico in via generale. In questo senso è stato individuato il processing ottimale per la produzione di dispositivi OFET, in accordo alle specifiche caratteristiche richieste. Questo risultato ha permesso la produzione e misura di inverter ambipolari, elementi fondamentali di ogni circuito logico. É stato infine studiato l’utilizzo del polimero DPP-T-TT in miscele ternarie per la produzione di celle fotovoltaiche organiche (OPV), in relazione alle proprietà ottiche e di stabilità termica. In ultima analisi, la tesi presenta uno studio sul controllo della morfologia dei film polimerici analizzati volto all’incremento delle prestazioni elettroniche, stabilendo un ponte tra le condizioni processo dei materiali e le loro proprietà.