Onderzoek Melissa Van Landeghem

Abstract

De zwakke spinbaankoppeling inherent aan organische halfgeleiders maakt hen ideale kandidaten voor toepassingen in spintronica. Terwijl typische waardes voor de spinlevensduur die van hun inorganische tegenhangers ruim overstijgen, blijft de grootste limitatie de spindiffusielengte, die zelden meer dan 50 nm bedraagt. Het is intussen bekend dat spins in organische materialen zowel getransporteerd kunnen worden via mobiele ladingen als door spin exchange tussen gelokaliseerde polaronen. Dat laatste mechanisme biedt nieuwe mogelijkheden tot het verlengen van de spindiffusielengte door de intrinsieke spindichtheid te vergroten. In 2019 werd zo voor het eerst een record spindiffusielengte van 1 um gerapporteerd in een zwaar gedopeerde polymeer. In dit project zal ik spintransport onderzoeken in paramagnetische polymeren, een recent ontdekte klasse van ultra-lage-bandkloof halfgeleiders met een triplet grondtoestand en dus een grote intrinsieke spindichtheid. Spintransport experimenten zullen uitgevoerd worden in state-of-the-art spintronica devices gebaseerd op spininjectie via ferromagnetische resonantie. Daarnaast zal de combinatie van elektronen paramagnetische resonantie en kwantumchemische berekeningen gedetailleerde informatie opleveren over spindelokalisatie en spin-spin interacties. Door mijn studie uit te breiden naar een serie van deze polymeren kunnen structuur-eigenschap relaties en de fundamenten van spintransport in deze innovatieve materialen blootgelegd worden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Doorslaer Sabine
• Co-promotor: Cambré Sofie
• Mandaathouder: Van Landeghem Melissa

Onderzoeksgroep(en)

• Biofysica en Biomedische Fysica
• Theorie en Spectroscopie van Moleculen en Materialen (TSM²)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Met organometaaltrihalide perovskiet zonnecellen zijn in de enkele jaren sinds hun introductie (in 2009) tot zeer hoge vermogen-omzettingsefficiënties aangetoond, tot 21% en met perspectief voor verdere toename. Ze worden beschouwd als een 'game changer' in het gebied van dunne-film photovoltaïsche cellen, maar de uitkomst hiervan zal kritisch afhangen van de mogelijkheden om defectvorming te vermijden in de perovskietlaag zowel als in de aangrenzende lagen. Die defecten treden op als vangstcentra voor negatieve en positieve ladingsdragers die hierdoor niet aan de fotostroom kunnen deelnemen. Zij kunnen ontstaan by de synthese en fabricatie van de materialen, maar ook als gevolg van degradatie die de levensduur van de zonnecellen beperkt. Het hoofddoel van mijn project is het identificeren en karakteriseren van de defecten die de performantie van de zonnecel begrenzen. De geometrische en electronische structuur van deze defecten zal onderzocht worden met multifrequente elektronen-paramagnetische resonantie (EPR) technieken die ook informatie opleveren over de aard en omgeving van de defecten. Een betere kennis van de elektronische structuur en de vormingsprocessen van de defecten zal een beter ontwerp van perovskietmaterialen en een optimalisering van de fabricatieprocessen voor deze zonnecellen mogelijk maken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Goovaerts Etienne
• Co-promotor: Van Doorslaer Sabine
• Mandaathouder: Van Landeghem Melissa

Onderzoeksgroep(en)

• Nanogestructureerde en organische optische en elektronische materialen (NANOrOPT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Met organometaaltrihalide perovskiet zonnecellen zijn in de enkele jaren sinds hun introductie (in 2009) tot zeer hoge vermogen-omzettingsefficiënties aangetoond, tot 21% en met perspectief voor verdere toename. Ze worden beschouwd als een 'game changer' in het gebied van dunne-film photovoltaïsche cellen, maar de uitkomst hiervan zal kritisch afhangen van de mogelijkheden om defectvorming te vermijden in de perovskietlaag zowel als in de aangrenzende lagen. Die defecten treden op als vangstcentra voor negatieve en positieve ladingsdragers die hierdoor niet aan de fotostroom kunnen deelnemen. Zij kunnen ontstaan by de synthese en fabricatie van de materialen, maar ook als gevolg van degradatie die de levensduur van de zonnecellen beperkt. Het hoofddoel van mijn project is het identificeren en karakteriseren van de defecten die de performantie van de zonnecel begrenzen. De geometrische en electronische structuur van deze defecten zal onderzocht worden met multifrequente elektronen-paramagnetische resonantie (EPR) technieken die ook informatie opleveren over de aard en omgeving van de defecten. Een betere kennis van de elektronische structuur en de vormingsprocessen van de defecten zal een beter ontwerp van perovskietmaterialen en een optimalisering van de fabricatieprocessen voor deze zonnecellen mogelijk maken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Goovaerts Etienne
• Co-promotor: Van Doorslaer Sabine
• Mandaathouder: Van Landeghem Melissa

Onderzoeksgroep(en)

• Nanogestructureerde en organische optische en elektronische materialen (NANOrOPT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Met organometaal-trihalogenide perovskiet zonnecellen werden reeds in de enkele jaren sinds hun introductie (in 2009) erg hoge vermogensefficiënties bereikt, tot 18% met potentieel voor verdere toename. Dit wordt als een 'game changer' technologie aangekondigd in het veld van dunne-film photovoltaics. Dit zal echter kritisch afhangen van de controle over defectvorming in de perovskietlaag zowel als aan de grens met aanliggende materialenlagen. De defecten treden op als vangstcentra voor negatieve en positieve ladingsdragers en beperken daarbij hun deelname aan de fotostroom. De defecten kunnen worden gevormd bij de synthese van het materiaal zowel als tijdens de fabricatie van de zonnecel, maar ook tijdens de werking ervan als degradatie die de levensduur zal beperken. Het hoofddoel van mijn project is de identificatie van de defecten die enerzijds een beperking inbouwen voor de startperformatie van de zonnecel en anderzijds aanleiding geven tot degradatie tijdens de werking. Om de geometrische en elektronische structuur van deze defecten te onderzoeken, zal ik multifrequente elektronen-paramagnetische resonantie (EPR) technieken toepassen waarmee de eigenschappen van de defecten aan het licht worden gebracht. De kennis van de elektronische structuur en de vormingsprocessen van de defecten zal toelaten om betere perovskietmaterialen voor deze zonnecellen te ontwikkelen en om de fabricatie te optimaliseren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Goovaerts Etienne
• Co-promotor: Van Doorslaer Sabine
• Mandaathouder: Van Landeghem Melissa

Onderzoeksgroep(en)

• Nanogestructureerde en organische optische en elektronische materialen (NANOrOPT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject