ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

TMHMA ΧΗΜΕΙΑΣ

Υποψήφιος Διδάκτωρ

Στυλιανάκης Μηνάς

Τίτλος Διδακτορικής Διατριβής

Ανάπτυξη Φωτοευαίσθητων Νανοδομημένων Υβριδικών Διατάξεων

Επιβλέποντες

Επιβλέπων Καθηγητής : Αναστασιάδης Σπύρος

Μέλη Επιτροπής :  (1) Αναστασιάδης Σπύρος

(2) Κουδουμάς Εμμανουήλ

(3) Τρικαλίτης Παντελεήμων

Στοιχεία Διατριβής

Έναρξη Διδακτορικής Έρευνας : 24/05/2011

Ημερομηνία Υποστήριξης Διδακτορικής Διατριβής: 31/10/2014

Εγκεκριμένος Π/Υ: 45.000

Περίληψη

Οι εξαιρετικές μηχανικές, ηλεκτρικές και οπτικές ιδιότητες του γραφενίου και των παραγώγων του, σε συνδυασμό με την ανάγκη για εξεύρεση φτηνών υλικών που μπορούν να επεξεργαστούν σε διάλυμα, ιδανικά για ηλεκτρονικές εφαρμογές, έχουν συγκεντρώσει την προσοχή της παγκόσμιας επιστημονικής έρευνας, κατά την τελευταία δεκαετία. Νανοδομημένα υλικά με βάση το γραφένιο φαίνεται ότι μπορούν να αποτελέσουν ελκυστικά εναλλακτικά υλικά σε μια σειρά από νέες ενεργειακές συσκευές, συμπεριλαμβανομένων των οργανικών φωτοβολταϊκών διατάξεων, των μπαταριών λιθίου, των κυψελών καυσίμου και των υπερπυκνωτών. Στις οργανικές φωτοβολταϊκές διατάξεις, τα υλικά με βάση το γραφένιο έχουν εισαχθεί ως διάφανα αγώγιμα ηλεκτρόδια, ρυθμιστικές στιβάδες μεταφοράς οπών ή/και ηλεκτρονίων, αλλά και ως υλικά δότες/δέκτες ηλεκτρονίων, ώστε να βελτιώσουν την αρχιτεκτονική και τη φωτοβολταϊκή απόδοση τους, αντικαθιστώντας τα υπάρχοντα συμβατικά υλικά. Ως εκ τούτου, νέες ιδέες αναπτύχθηκαν γρήγορα στη ‘’Χημεία του Γραφενίου’’, οδηγώντας σε νέα παράγωγα του γραφενίου, με καινοτόμες συνθετικές πορείες και μεθόδους παρασκευής. Τα οργανικά φωτοβολταϊκά με βάση το γραφένιο δείχνουν να έχουν προοπτική εξέλιξης, χάρη στις υποσχόμενες και ελκυστικές ιδιότητές τους, αποδίδοντας εξίσου ή και υψηλότερα με τα κλασικά οργανικά φωτοβολταϊκά, όπως συνοψίζεται σε μια εκθετικά αυξανόμενη βιβλιογραφία. Στην παρούσα διατριβή, συντέθηκαν καινοτόμα υλικά με βάση το γραφένιο, για την ανάπτυξη αποδοτικών φωτοευαίσθητων νανοδομημένων υβριδικών διατάξεων, τύπου διεσπαρμένης ετεροεπαφής. Τα υλικά που συντέθηκαν, με βάση το γραφένιο, εισήχθησαν μέσα στη φωτοενεργή στιβάδα των οργανικών φωτοβολταϊκών διατάξεων και αποτέλεσαν τα υλικά δέκτες ηλεκτρονίων, αντικαθιστώντας το πιο συνηθισμένο παράγωγο φουλερενίου, το PC71BM. Επίσης, χρησιμοποιήθηκαν ως βοηθητικά υλικά δότες, για τη σύζευξη των ενεργειακών επιπέδων ροής των ηλεκτρονίων, αποτελώντας τον τρίτο παράγοντα σε ένα τριμερές οργανικό μείγμα, μαζί με σύνθετα πολυμερούς/φουλερενίου. Τέλος, οι δομές των υλικών με βάση το γραφένιο που συντέθηκαν, όπως και η βελτιστοποίηση των οργανικών φωτοβολταϊκών διατάξεων που κατασκευάστηκαν, πιστοποιήθηκαν με τη χρήση διαφόρων φασματοσκοπικών και μικροσκοπικών αναλύσεων, παράλληλα με συμπληρωματικές φωτοβολταϊκές μετρήσεις.

Λέξεις κλειδιά

Οργανικά φωτοβολταϊκά, σύνθεση νανοϋλικών, γραφένιο.

Παραδοτέα - Δημοσιεύσεις

1. Expandable Graphene Linked with Small Molecule as Electron Acceptor, M. M. Stylianakis, G. D. Spyropoulos, E. Stratakis, E. Koudoumas, S. Anastasiadis and E. Kymakis, 3rd IC4N 3rd International Conference from Nanoparticles & Nanomaterials to Nanodevices & Nanosystems, 26-30 June 2011, Crete Island, Greece. (Συμμετοχή με Poster)

2. Graphene oxide in organic photovoltaics, M. M. Stylianakis, G. D. Spyropoulos, E. Stratakis, E. Koudoumas, S. H. Anastasiadis and E. Kymakis, ISFOE11 4th International Symposium on Flexible Organic Electronics, 10-13 July 2011, Thessaloniki, Greece. (Συμμετοχή με Oral Presentation)

3. Laser Printing of Semiconducting Polymer Materials for Organic Solar Cells, Ι. Kalpyris, M. Kandyla, M. M. Stylianakis, E. Kymakis, N. Boukos, I. Zergioti. (Συμμετοχή με Poster)

4. Incorporation of Au Nanoparticles in Bulk Heterojunction Organic Photovoltaic Devices, G. D. Spyropoulos, M. M. Stylianakis, E. Stratakis, E. Kymakis, IC BIOSOL 2011, 1st International Conference on BioInspired Materials for Solar Energy Utilization, 12-17 September 2011, Chania, Crete, Greece. (Συμμετοχή με Poster)

5. Solution-processed graphene content as electron acceptor in organic photovoltaics, M. M. Stylianakis, E. Stratakis, E. Koudoumas, S. H. Anastasiadis, E. Kymakis, E-MRS 2012 SPRING MEETING, Technical sessions: May 14-18, 2012 Exhibit: May 15-17 Congress Center - Strasburg, France. (Συμμετοχή με Oral Presentation)

6. Organic Bulk Heterojunction Photovoltaic Devices Based on Polythiophene-Graphene Composites, Minas M. Stylianakis, Emmanuel Stratakis, Emmanuel Koudoumas, Emmanuel Kymakis, Spiros H. Anastasiadis. ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 4864−4870.

7. Synthesis of solution processable graphene derivatives as electron acceptors in organic photovoltaic applications, M. M. Stylianakis, G. D. Spyropoulos, E. Stratakis, E. Koudoumas, S. H. Anastasiadis, E. Kymakis, GrapHEL-A European Conference/Workshop on the Synthesis, Characterization and Applications of Graphene. 2012, 27-30 September, Mykonos, Greece. (Συμμετοχή με Oral Presentation)

8. Optical limiting action of few layered graphene oxide dispersed in different solvents, N. Liaros, K. Iliopoulos, M. M. Stylianakis, E. Koudoumas, S. Couris. 25) Optical Materials 2014, 36, 112-117.

9. Nanomaterials and Organic Electronics, D. Konios, M. M. Stylianakis, E. Stratakis, E. Kymakis. Scientific Kickoff Meeting and Training School, Bordeaux 2-5 April 2013. (Συμμετοχή με Poster)  

10. Pulsed Laser Assisted In-Situ Photochemical Reduction and Functionalization of graphene oxide for organic photovoltaic applications, M. M. Stylianakis, E. Stratakis, E. Kymakis. IMAGINENANO 2013, Bilbao 23-26 April 2013, Spain. (Συμμετοχή με Poster) 

11. Chemical and Photochemical Functionalization of Graphene Oxide and its Use in Organic Photovoltaic Applications, M. M. Stylianakis, E. Stratakis, E. Kymakis. 9° Πανελλήνιο Επιστημονικό Συνέδριο Χημικής Μηχανικής, Αθήνα 23 - 25 Μαΐου 2013. 

12. Stability and efficiency enhancement of bulk heterojunction plasmonic organic photovoltaics with graphene based buffer layers and surfactant free Au nanoparticles (NPs), M. M. Stylianakis, D. Konios, E. Stratakis, E. Kymakis. Final Meeting of the COST Action MP0902 - Composites of Inorganic Nanotubes and Polymers (COINAPO)”, Topical Meeting on “Nanoparticle-polymer composites”, 14-16 October 2013, Heraklion, Crete, Greece. 

13. Efficient ternary organic photovoltaics incorporating graphene-based porphyrin molecule as a universal electron cascade material, M. M. Stylianakis, D. Konios, G. Kakavelakis, G. Charalambidis, E. Stratakis, A. G. Coutsolelos, E. Kymakis and S. H. Anastasiadis, Nanoscale 2015, DOI: 10.1039/C5NR05113D.