Vapour phase deposition of dye sensitizer

Uusiutuvat energiamuodot ja aurinkosähkö ovat kuuma puheenaihe. Myös tutkimustyö tällä saralla on ollut kiivasta viime vuosikymmeninä ja tuloksena on syntynyt esimerkiksi väriaineherkistetyt aurinkokennot. Nämä aurinkokennot voivat olla halpa ratkaisu tulevaisuuden päästöttömään energiantuotantoon,...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Kulju, Sampo
Other Authors: Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, Faculty of Sciences, Fysiikan laitos, Department of Physics, Jyväskylän yliopisto, University of Jyväskylä
Format: Master's thesis
Language:eng
Published: 2009
Subjects:
Online Access: https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/78652
_version_ 1826225692873850880
author Kulju, Sampo
author2 Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Fysiikan laitos Department of Physics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä
author_facet Kulju, Sampo Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Fysiikan laitos Department of Physics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä Kulju, Sampo Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Fysiikan laitos Department of Physics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä
author_sort Kulju, Sampo
datasource_str_mv jyx
description Uusiutuvat energiamuodot ja aurinkosähkö ovat kuuma puheenaihe. Myös tutkimustyö tällä saralla on ollut kiivasta viime vuosikymmeninä ja tuloksena on syntynyt esimerkiksi väriaineherkistetyt aurinkokennot. Nämä aurinkokennot voivat olla halpa ratkaisu tulevaisuuden päästöttömään energiantuotantoon, mutta näissä aurinkokennoissa käytetyt valolle herkät väriaineet voivat antaa myös uusia mahdollisuuksia molekyylielektroniikan saralle ja tuleviin nanomittaluokan sovelluksiin. Väriaineiden laajempi käyttö vaatii kuitenkin uudenlaisten värjäysmetodien kehittämistä. Tässä työssä keskityttiinkin väriainehöyrystimen kehittämiseen ja testaamiseen. Työn alussa tehdään katsaus väriaineisiin ja käydään läpi höyrystämiseen liittyvää teoriaa, kuten filmin muodostumisnopeutta ja erilaisia kasvumoodeja. Tämän jälkeen tutustutaan väriaineherkistettyihin aurinkokennoihin, niiden toimintamekanismiin ja valmistukseen, jonka jälkeen tarkastellaan kiinteän väriaineen mahdollistamia ratkaisuja ja niiden toimintaperiaatetta. Seuraavassa luvussa käydään läpi värihöyrystimen kehityskaari sekä nykyinen laitteisto kaaviokuvineen. Samalla esitetään myös suoritetut kalibraatiotoimenpiteet sekä lämpö- että paksuusmittarille, ja kuvataan värin höyrystysprosessi. Näytteenvalmistus- ja tarvittavat litografiaprosessit käydään läpi eri näytetyypeille ja käytetyt mittausjärjestelyt kytkentäkaavioineen ja laitteistoineen kuvataan. Absorptiospektrien avulla varmistettiin, että väriaine höyrystyy näytteelle. Kiinteän värin spektriä myös verrattiin nesteeseen liuotettuun väriin. Emissiospektrien mittauksella todennettiin, että väri selviää höyrystysprosessista ja on täten vielä aktiivista. Näytteet osoittivat myös valosähköisiä ominaisuuksia. Värjättyjen näytteiden johtavuus parani, kun niitä valaistiin. Vaikutuksen voimakkuus korreloi näytteen absorptiospektrin kanssa. Myös hystereesisefekti oli huomattavissa: tasajännitepyyhkäisyn (negatiivisesta positiiviseen) tuloksena näytteen vastus kasvoi mikä huomattiin takaisin pyyhkäisyn aikana. Vaikutus kuitenkin pystyttiin tuhoamaan nopeasti tarpeeksi suurella negatiivisella jännitteellä. Höyrystysmetodi todettiin toimivaksi ratkaisuksi ja täten värjääminen voidaan ottaa osaksi litografiaprosessia. Tämä mahdollistaa väriherkistetyt mikro- ja nanorakenteet jotka omaavat edellä kuvatun kaltaisia valosähköisiä ominaisuuksia. Projekti tehtiin yhteistyössä Jyväskylän yliopiston professori Jouko Korppi-Tommolan fysikaalisen kemian ryhmän kanssa. Dye-sensitized solar cells (DSSC) have been investigated widely in last two decades and the research work has led to good results. Nowadays DSSCs are relatively efficient, but a problem is the long term stability and manufacturing. These dyes used in DSSCs would also give multiple possibilities to nanoapplications, but the typical sensitization method, soaking in solution, doesn’t work with nanofabrication. However increasing interest towards the molecular engineering has already developed different kind of molecule deposition methods. Anyway, these methods being relatively simple, don’t suit mass production and don’t allow to control the deposited layer thickness. The main objective of this thesis was the development a vacuum evaporation method for deposition of dye sensitizer molecules on PMMA-masked metal-oxide structures. This was done in high vacuum conditions where dye was sublimated in heated crucible at temperature range 145-160 C forming a gaseous jet of molecules from the evaporation chamber into the pumped target chamber. Thickness of the deposited dye layer was controlled by the crystal deposition controller that was calibrated with the AFM. Dye deposition were applied to TiO2 and FTO based components that showed spectral response according to the dye absorption spectra. Photo-electric properties of these components were also measured. Illumination affected the samples during the AC and DC measurements by reducing their resistance. The effect was found to be wavelength dependent and corresponding to the absorption spectrum of the samples. The method proved to be usable method for integration of dye sensitizers to conventional lithographical fabrication in order to develop dye based light sensitive micro and nano sized electronics. Research of these new possible structures can give us an information about dye-oxide interactions which could benefit the development of DSSCs. They could also provide knowledge of the spectra of the pure dye without any solvent, quantum effects in dye and maybe even serve as a single photon detector. This project was done in collaboration with Prof. Jouko Korppi-Tommola’s group from the department of Chemistry of the University of Jyväskylä. A confocal microscope was operated by Teemu Ihalainen from the department of Biological and Environmental Science of the University of Jyväskylä.
first_indexed 2021-11-15T21:01:07Z
format Pro gradu
free_online_boolean 1
fullrecord [{"key": "dc.contributor.advisor", "value": "Arutyunov, Konstantin", "language": "", "element": "contributor", "qualifier": "advisor", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.advisor", "value": "Jalkanen, Pasi", "language": "", "element": "contributor", "qualifier": "advisor", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.author", "value": "Kulju, Sampo", "language": "", "element": "contributor", "qualifier": "author", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.accessioned", "value": "2021-11-15T11:13:52Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "accessioned", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.available", "value": "2021-11-15T11:13:52Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "available", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.issued", "value": "2009", "language": "", "element": "date", "qualifier": "issued", "schema": "dc"}, {"key": "dc.identifier.uri", "value": "https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/78652", "language": null, "element": "identifier", "qualifier": "uri", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.abstract", "value": "Uusiutuvat energiamuodot ja aurinkos\u00e4hk\u00f6 ovat kuuma puheenaihe. My\u00f6s tutkimusty\u00f6\nt\u00e4ll\u00e4 saralla on ollut kiivasta viime vuosikymmenin\u00e4 ja tuloksena on syntynyt esimerkiksi\nv\u00e4riaineherkistetyt aurinkokennot. N\u00e4m\u00e4 aurinkokennot voivat olla halpa\nratkaisu tulevaisuuden p\u00e4\u00e4st\u00f6tt\u00f6m\u00e4\u00e4n energiantuotantoon, mutta n\u00e4iss\u00e4 aurinkokennoissa\nk\u00e4ytetyt valolle herk\u00e4t v\u00e4riaineet voivat antaa my\u00f6s uusia mahdollisuuksia molekyylielektroniikan\nsaralle ja tuleviin nanomittaluokan sovelluksiin. V\u00e4riaineiden laajempi\nk\u00e4ytt\u00f6 vaatii kuitenkin uudenlaisten v\u00e4rj\u00e4ysmetodien kehitt\u00e4mist\u00e4. T\u00e4ss\u00e4 ty\u00f6ss\u00e4\nkeskityttiinkin v\u00e4riaineh\u00f6yrystimen kehitt\u00e4miseen ja testaamiseen.\nTy\u00f6n alussa tehd\u00e4\u00e4n katsaus v\u00e4riaineisiin ja k\u00e4yd\u00e4\u00e4n l\u00e4pi h\u00f6yryst\u00e4miseen liittyv\u00e4\u00e4\nteoriaa, kuten filmin muodostumisnopeutta ja erilaisia kasvumoodeja. T\u00e4m\u00e4n j\u00e4lkeen\ntutustutaan v\u00e4riaineherkistettyihin aurinkokennoihin, niiden toimintamekanismiin\nja valmistukseen, jonka j\u00e4lkeen tarkastellaan kiinte\u00e4n v\u00e4riaineen mahdollistamia\nratkaisuja ja niiden toimintaperiaatetta.\nSeuraavassa luvussa k\u00e4yd\u00e4\u00e4n l\u00e4pi v\u00e4rih\u00f6yrystimen kehityskaari sek\u00e4 nykyinen laitteisto\nkaaviokuvineen. Samalla esitet\u00e4\u00e4n my\u00f6s suoritetut kalibraatiotoimenpiteet sek\u00e4\nl\u00e4mp\u00f6- ett\u00e4 paksuusmittarille, ja kuvataan v\u00e4rin h\u00f6yrystysprosessi.\nN\u00e4ytteenvalmistus- ja tarvittavat litografiaprosessit k\u00e4yd\u00e4\u00e4n l\u00e4pi eri n\u00e4ytetyypeille\nja k\u00e4ytetyt mittausj\u00e4rjestelyt kytkent\u00e4kaavioineen ja laitteistoineen kuvataan.\nAbsorptiospektrien avulla varmistettiin, ett\u00e4 v\u00e4riaine h\u00f6yrystyy n\u00e4ytteelle. Kiinte\u00e4n\nv\u00e4rin spektri\u00e4 my\u00f6s verrattiin nesteeseen liuotettuun v\u00e4riin. Emissiospektrien\nmittauksella todennettiin, ett\u00e4 v\u00e4ri selvi\u00e4\u00e4 h\u00f6yrystysprosessista ja on t\u00e4ten viel\u00e4 aktiivista.\nN\u00e4ytteet osoittivat my\u00f6s valos\u00e4hk\u00f6isi\u00e4 ominaisuuksia. V\u00e4rj\u00e4ttyjen n\u00e4ytteiden\njohtavuus parani, kun niit\u00e4 valaistiin. Vaikutuksen voimakkuus korreloi n\u00e4ytteen\nabsorptiospektrin kanssa. My\u00f6s hystereesisefekti oli huomattavissa: tasaj\u00e4nnitepyyhk\u00e4isyn\n(negatiivisesta positiiviseen) tuloksena n\u00e4ytteen vastus kasvoi mik\u00e4\nhuomattiin takaisin pyyhk\u00e4isyn aikana. Vaikutus kuitenkin pystyttiin tuhoamaan nopeasti\ntarpeeksi suurella negatiivisella j\u00e4nnitteell\u00e4.\nH\u00f6yrystysmetodi todettiin toimivaksi ratkaisuksi ja t\u00e4ten v\u00e4rj\u00e4\u00e4minen voidaan ottaa\nosaksi litografiaprosessia. T\u00e4m\u00e4 mahdollistaa v\u00e4riherkistetyt mikro- ja nanorakenteet\njotka omaavat edell\u00e4 kuvatun kaltaisia valos\u00e4hk\u00f6isi\u00e4 ominaisuuksia.\nProjekti tehtiin yhteisty\u00f6ss\u00e4 Jyv\u00e4skyl\u00e4n yliopiston professori Jouko Korppi-Tommolan\nfysikaalisen kemian ryhm\u00e4n kanssa.", "language": "fi", "element": "description", "qualifier": "abstract", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.abstract", "value": "Dye-sensitized solar cells (DSSC) have been investigated widely in last two decades and\nthe research work has led to good results. Nowadays DSSCs are relatively efficient, but\na problem is the long term stability and manufacturing. These dyes used in DSSCs\nwould also give multiple possibilities to nanoapplications, but the typical sensitization\nmethod, soaking in solution, doesn\u2019t work with nanofabrication.\nHowever increasing interest towards the molecular engineering has already developed\ndifferent kind of molecule deposition methods. Anyway, these methods being\nrelatively simple, don\u2019t suit mass production and don\u2019t allow to control the deposited\nlayer thickness.\nThe main objective of this thesis was the development a vacuum evaporation\nmethod for deposition of dye sensitizer molecules on PMMA-masked metal-oxide structures.\nThis was done in high vacuum conditions where dye was sublimated in heated\ncrucible at temperature range 145-160 C forming a gaseous jet of molecules from the\nevaporation chamber into the pumped target chamber. Thickness of the deposited dye\nlayer was controlled by the crystal deposition controller that was calibrated with the\nAFM. Dye deposition were applied to TiO2 and FTO based components that showed\nspectral response according to the dye absorption spectra. Photo-electric properties of\nthese components were also measured. Illumination affected the samples during the\nAC and DC measurements by reducing their resistance. The effect was found to be\nwavelength dependent and corresponding to the absorption spectrum of the samples.\nThe method proved to be usable method for integration of dye sensitizers to conventional\nlithographical fabrication in order to develop dye based light sensitive micro\nand nano sized electronics. Research of these new possible structures can give us an information\nabout dye-oxide interactions which could benefit the development of DSSCs.\nThey could also provide knowledge of the spectra of the pure dye without any solvent,\nquantum effects in dye and maybe even serve as a single photon detector.\nThis project was done in collaboration with Prof. Jouko Korppi-Tommola\u2019s group\nfrom the department of Chemistry of the University of Jyv\u00e4skyl\u00e4. A confocal microscope\nwas operated by Teemu Ihalainen from the department of Biological and\nEnvironmental Science of the University of Jyv\u00e4skyl\u00e4.", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "abstract", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Submitted by Paivi Vuorio (paelvuor@jyu.fi) on 2021-11-15T11:13:52Z\nNo. of bitstreams: 0", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Made available in DSpace on 2021-11-15T11:13:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0\n Previous issue date: 2009", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.extent", "value": "60", "language": "", "element": "format", "qualifier": "extent", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.mimetype", "value": "application/pdf", "language": null, "element": "format", "qualifier": "mimetype", "schema": "dc"}, {"key": "dc.language.iso", "value": "eng", "language": null, "element": "language", "qualifier": "iso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights", "value": "In Copyright", "language": "en", "element": "rights", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.title", "value": "Vapour phase deposition of dye sensitizer", "language": "", "element": "title", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.type", "value": "master thesis", "language": null, "element": "type", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.identifier.urn", "value": "URN:NBN:fi:jyu-202111155665", "language": "", "element": "identifier", "qualifier": "urn", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.ontasot", "value": "Pro gradu -tutkielma", "language": "fi", "element": "type", "qualifier": "ontasot", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.ontasot", "value": "Master\u2019s thesis", "language": "en", "element": "type", "qualifier": "ontasot", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.faculty", "value": "Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "faculty", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.faculty", "value": "Faculty of Sciences", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "faculty", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.department", "value": "Fysiikan laitos", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "department", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.department", "value": "Department of Physics", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "department", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "Jyv\u00e4skyl\u00e4n yliopisto", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "organization", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "University of Jyv\u00e4skyl\u00e4", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "organization", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Fysiikka", "language": "fi", "element": "subject", "qualifier": "discipline", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Physics", "language": "en", "element": "subject", "qualifier": "discipline", "schema": "dc"}, {"key": "yvv.contractresearch.funding", "value": "0", "language": "", "element": "contractresearch", "qualifier": "funding", "schema": "yvv"}, {"key": "dc.type.coar", "value": "http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc", "language": null, "element": "type", "qualifier": "coar", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.accesslevel", "value": "openAccess", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "accesslevel", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.publication", "value": "masterThesis", "language": null, "element": "type", "qualifier": "publication", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.oppiainekoodi", "value": "4021", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "oppiainekoodi", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "v\u00e4riaineet", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "v\u00e4rj\u00e4ys", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "nanotekniikka", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "colouring agents", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "dyeing", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "nanotechnology", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.content", "value": "fulltext", "language": null, "element": "format", "qualifier": "content", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.url", "value": "https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "url", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.okm", "value": "G2", "language": null, "element": "type", "qualifier": "okm", "schema": "dc"}]
id jyx.123456789_78652
language eng
last_indexed 2025-02-18T10:54:58Z
main_date 2009-01-01T00:00:00Z
main_date_str 2009
online_boolean 1
online_urls_str_mv {"url":"https:\/\/jyx.jyu.fi\/bitstreams\/dbee5a57-6741-4a40-931a-106378402df0\/download","text":"URN:NBN:fi:jyu-202111155665.pdf","source":"jyx","mediaType":"application\/pdf"}
publishDate 2009
record_format qdc
source_str_mv jyx
spellingShingle Kulju, Sampo Vapour phase deposition of dye sensitizer Fysiikka Physics 4021 väriaineet värjäys nanotekniikka colouring agents dyeing nanotechnology
title Vapour phase deposition of dye sensitizer
title_full Vapour phase deposition of dye sensitizer
title_fullStr Vapour phase deposition of dye sensitizer Vapour phase deposition of dye sensitizer
title_full_unstemmed Vapour phase deposition of dye sensitizer Vapour phase deposition of dye sensitizer
title_short Vapour phase deposition of dye sensitizer
title_sort vapour phase deposition of dye sensitizer
title_txtP Vapour phase deposition of dye sensitizer
topic Fysiikka Physics 4021 väriaineet värjäys nanotekniikka colouring agents dyeing nanotechnology
topic_facet 4021 Fysiikka Physics colouring agents dyeing nanotechnology nanotekniikka väriaineet värjäys
url https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/78652 http://www.urn.fi/URN:NBN:fi:jyu-202111155665
work_keys_str_mv AT kuljusampo vapourphasedepositionofdyesensitizer