Hybrid light emitting diodes and photodetectors using polymers and perovskites via electrospraying and ink-jet printing

Guo, Xiaohang (2023). Hybrid light emitting diodes and photodetectors using polymers and perovskites via electrospraying and ink-jet printing. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

This dissertation focuses on the opto-electronic devices fabrication, including LEDs and PDs using organic/inorganic hybrid materials including triple-cation perovskite, conjugated polymers, and n-type Si via spin-coating, electrospraying and ink-jet printing fabrication techniques.

Followed by an extensive literature review about the primary materials (perovskite, polymers), devices (LED, photodetectors), and fabrication techniques (electrospraying, inkjet printing), experimental and characterization methods are explained.

For device fabrication, firstly, we investigate the performances of the LEDs fabricated with triple-cation perovskite by spin-coating. During the fabrication, crystallinity modification techniques are used to improve the device performances. However, the emission wavelength is fixed for this kind of devices unless the perovskite cooking recipe is modified. Secondly, conductive and fluorescent conjugated polymers are introduced to alter the emission wavelength of the LEDs by controlling their ratio of mixture. Because of the limitations of the spincoating technique in forming multi-layered architecture, we have implemented electrospraying to overcome such difficulties. Using electrospraying as the new fabrication technique, color-tunable LEDs are fabricated and characterized. Even though, electrospraying has many advantages compared to spin-coating, the stability of the electrospraying process and its precise control are still hard to achieve. Ink-jet printing could be a method to improve the fabrication technique with the advantages of material efficient, stable and precise control. In the end, silicon-based photodetectors fabricated by ink-jet printing are demonstrated.

Overall, this thesis represents a favorable route towards efficient and cost-effective opto-electronic device fabrication.

Titre traduit

Diodes électroluminescentes hybrides et photodétecteurs utilisant des polymères et des via pérovskites

Résumé traduit

Cette thèse se concentre sur la fabrication de dispositifs optoélectroniques, y compris les DELs et les PD utilisant des matériaux hybrides organiques/inorganiques, notamment la pérovskite à trois cations, les polymères conjugués et le Si de type n par des techniques de fabrication d’enduction centrifuge, d’électrofillage et d’impression à jet d’encre.

Une revue de littérature approfondie explique les matériaux primaires (pérovskite, polymères), les dispositifs (LED, photodétecteurs), les techniques de fabrication (électrospraying, impression jet d’encre), les méthodes expérimentales et de caractérisation. Premièrement, pour la fabrication de dispositifs, les performances des DEL de pérovskite à trois cations par électrofillage ont été étudiées. Lors de la fabrication, des techniques de modification de la cristallinité ont été utilisées pour améliorer les performances du dispositif. Cependant, le dispositif émet une longueur d’onde spécifique à moins que le processus de cuisson ne soit modifié. Deuxièmement, des polymères conjugués conducteurs et fluorescents sont ajoutés pour modifier la longueur d’onde d’émission des DEL, et ce en contrôlant leur proportion. En raison des limites de la technique d’enduction centrifuge dans la formation d’une architecture multicouche, l’électrofillage a été implémenté pour surmonter ces difficultés. En utilisant l’électrofillage comme nouvelle technique de fabrication, des DEL à couleur réglable sont fabriquées et caractérisées. Même si l’électrofillage présente de nombreux avantages par rapport à l’enduction centrifuge, la stabilité du processus et son contrôle précis sont encore difficiles à atteindre. L’impression à jet d’encre pourrait être une méthode pour améliorer la technique de fabrication avec les avantages d’un contrôle de déposition de matériaux efficace, stable et précis. Enfin, des photodétecteurs à base de silicium fabriqué par la technique d’impression à jet d’encre sont démontrés. Dans l’ensemble, cette thèse représente une voie favorable vers la fabrication efficace et rentable de dispositifs optoélectroniques.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for the degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 111-147).
Mots-clés libres:	DEL, pérovskite, polymère, électrofillage, impression à jet d’encre, photodétecteur
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Cloutier, Sylvain G.
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	10 nov. 2023 16:39
Dernière modification:	10 nov. 2023 16:39
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3315

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