Εκτύπωση υβριδικών περοβσκιτικών αλογονιδίων με laser και υπολογιστική μελέτη τους

Μαγουλά, Αικατερίνη; Magoula, Aikaterini

dc.contributor.author	Μαγουλά, Αικατερίνη	el
dc.contributor.author	Magoula, Aikaterini	en
dc.date.accessioned	2022-01-28T09:22:56Z
dc.date.available	2022-01-28T09:22:56Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54441
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22139
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	LIFT	en
dc.subject	Υβριδικά περοβσκιτικά αλογονίδια	el
dc.subject	Θερμική επεξεργασία	el
dc.subject	Density functional theory	en
dc.subject	Τεχνική εμπρόσθιας εκτύπωσης με laser	el
dc.subject	Hybrid perovskite halides	en
dc.subject	Thermal annealing	en
dc.subject	Θεωρία συναρτησοεϊδούς πυκνότητας	el
dc.subject	Φασματοσκοπία Raman	el
dc.subject	Raman Spectroscopy	en
dc.title	Εκτύπωση υβριδικών περοβσκιτικών αλογονιδίων με laser και υπολογιστική μελέτη τους	el
dc.title	Laser printing of hybrid perovskite halides and computational study of their properties	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Εφαρμοσμένη φυσική	el
heal.classification	Applied physics	en
heal.classification	Φυσική των laser και των υλικών	el
heal.classification	3D εκτύπωση υλικών	el
heal.classification	Physics of lasers and materials	en
heal.classification	3D printing of materials	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-09-30
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη της δομής υβριδικών περοβσκιτικών αλογονιδίων, χημικού τύπου ΑΒΧ3 (όπου τη θέση του Χ καταλαμβάνει το ιώδιο και τις θέσεις των Α και Β δεδομένα οργανικά κατιόντα (MA, FA κτλ.)) μέσω υπολογισμών του συναρτησοειδούς πυκνότητας (Density Functional Theory) καθώς και τη δυνατότητα μεταφοράς αυτών μέσω της τεχνικής εμπρόσθιας μεταφοράς με laser, Laser Induced Forward Transfer. Πιο συγκεκριμένα τα υλικά που εκτυπώθηκαν μελετήθηκαν τόσο με οπτική και ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης όσο και με φασματοσκοπία Raman, ενώ παράλληλα πραγματοποιήθηκε και θερμική επεξεργασία αυτών προκειμένου να αποδειχθεί η επιτυχημένη μεταφορά υλικού και η διατήρηση της δομής του. Τα δείγματα των περοβσκιτών που εκτυπώθηκαν διέθεταν τρισδιάστατη δομή καθώς τα πειράματα που αφορούσαν δισδιάστατους περοβσκίτες δεν οδήγησαν στα επιθυμητά αποτελέσματα. Έμφαση δόθηκε στον περοβσκίτη FA0.5MA0.5PbI3, διότι μέσω της φασματοσκοπίας Raman συμπεράναμε στο ότι παρουσίαζε, κατόπιν θερμικής επεξεργασίας, ορισμένες από τις χαρακτηριστικές κορυφές του συγκεκριμένου περοβσκίτη. Η εκτύπωση πραγματοποιήθηκε σε δύο διατάξεις, με laser μηκών κύματος εκπομπής στα 532 nm και 355 nm αντίστοιχα (γκαουσιανής δέσμης και τετραγωνικού σποτ), με τη διαφορά ότι στη δεύτερη διάταξη αναπτύσσονταν συνθήκες κενού μεταξύ των υποστρωμάτων του δότη (προς εκτύπωση υλικό) και του αποδέκτη (υπόστρωμα γυαλιού). Επιπλέον εξετάστηκαν κάθε φορά διαφορετικές τιμές πυκνότητας ενέργειας προκειμένου να καταλήξουμε στις βέλτιστες συνθήκες για τα δείγματά μας. Για τη θερμική επεξεργασία του FA0.5MA0.5PbI3, χρησιμοποιήθηκε τόσο laser παλμικής ακτινοβολίας όσο συνεχούς, μεταβάλλοντας τις τιμές ισχύος μέχρις ότου επιλεχθούν οι κατάλληλες και χρόνο έκθεσης 6 min. Παρατηρήσαμε ότι στην περίπτωση του παλμικού laser (όπου εξετάστηκε τόσο η περίπτωση ακτινοβόλησης single-spot, όσο και σάρωσης) δεν καταφέραμε να κρυσταλλοποιήσουμε το υλικό έτσι ώστε να εμφανίζει κορυφές περοβσκίτη και συνεπώς επιλέξαμε να ασχοληθούμε μόνο με laser συνεχούς ακτινοβόλησης. Κατόπιν περαιτέρω θερμικής επεξεργασίας με το laser συνεχούς εκπομπής κατά τη φασματοσκοπία Raman, ορισμένα σημεία του δείγματος παρουσίασαν τις επιθυμητές κορυφές. Τέλος, μετά από ανάλυση Raman τόσο στο δότη όσο και στα εκτυπωμένα δείγματα συμπεράναμε ότι πράγματι επιτυγχάνεται η μεταφορά του υλικού με την τεχνική LIFT. Οι υπολογισμοί που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια προσομοίωσης σχετίζονται με τη μορφή των ενεργειακών ζωνών, το είδος των ενεργειακών διάκενων καθώς και της πυκνότητας καταστάσεων. Αναλυτικότερα, συγκρίναμε τα πειραματικά μας αποτελέσματα με δημοσιευμένες ερευνητικές εργασίες και καταλήξαμε στο ότι επί το πλείστων παρατηρείται συμφωνία. Μελλοντικός στόχος της παρούσας εργασίας είναι η βελτίωση των συνθηκών εκτύπωσης και η αναζήτηση διαφορετικών μεθόδων σύνθεσης των υλικών προκειμένου αυτά να αξιοποιηθούν σε οπτοηλεκτρονικές διατάξεις.	el
heal.abstract	The present dissertation deals with the study of the structure of hybrid perovskite halides, chemical type ABX3 (where the position of X is occupied by iodine and the positions of A and B by specifix organic cations (MA, FA etc.)) through calculations of the density function (Density Functional Theory) as well as the possibility of transferring them through laser via Laser Induced Forward Transfer technique. More specifically, the printed materials were studied with both optical and electron scanning microscopy and Raman spectroscopy, and they were also thermally annealed, in order to prove the successful transfer of material and preservation of its structure. The printed Perovskite samples had a three-dimensional structure as the experiments involving two-dimensional Perovskites did not lead to the desired results. Emphasis was placed on the perovskite FA0.5MA0.5PbI3, because through Raman spectroscopy we concluded that it presented, after heat treatment, some of the characteristic peaks of this specific perovskite. The printing was performed in two configurations, with laser of emission wavelength at 532 nm and 355 nm respectively (Gaussian beam and square spot), with the difference that in the second setup vacuum conditions developed between the donor substrates (material to be printed) and the recipient (glass) substrate. In addition, different energy density values were tested each time in order to arrive at the optimal conditions for our samples. For the thermal annealing of FA0.5MA0.5PbI3 sample, both pulsed and continuous emission laser were used, varying the power values for choosing the appropriate ones, while exposure time was selected to be 6 min. We noticed that in the case of the pulsed laser (where both single-spot irradiation and scanning were considered) we failed to crystallize the material properly in order to show perovskite peaks and therefore we chose to deal only with continuous irradiation lasers. After further annealing with continuous emission laser during Raman spectroscopy, some parts of the sample showed the desired peaks. Finally, after Raman analysis in both donor and printed samples, we conclude that the transfer of the material via LIFT technique is indeed achieved. The calculations performed in the simulation frames are related to the shape of the energy bands, the type of energy gaps as well as the density of states. In more detail, we compared our experimental results with published research papers and concluded that for the most part there is agreement. The future goal of this work is to improve the printing conditions and to look for different methods of composing these materials in order to use them in optoelectronic devices.	en
heal.advisorName	Ζεργιώτη, Ιωάννα	el
heal.advisorName	Zergioti, Ioanna	en
heal.committeeMemberName	Ζεργιώτη, Ιωάννα	el
heal.committeeMemberName	Τσέτσερης, Λεωνίδας	el
heal.committeeMemberName	Ράπτης, Ιωάννης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Φυσικής. Εργαστήριο Οπτοηλεκτρονικής, Λέηζερ και Εφαρμογών τους	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	123 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false