Interplay between Doping, Thermal Properties and Morphology in Organic Semiconducting Polymers

Abstract

Aquesta tesi presenta una investigació de la conductivitat tèrmica reticular del poli(3,4-etilendioxitiofè) amorf (PEDOT) i PEDOT:poli(estirensulfonat) (PSS), centrant-se en els efectes dels bipolarons sobre la morfologia i el transport tèrmic, així com abordant l'aportació individual de PSS. També se centra en la conductivitat tèrmica de les nanofibres PEDOT cristal·lines dopades per avaluar el potencial de supressió de la transferència de calor mitjançant l'explotació de propietats de conducció anisotròpica. El tema clau de l'estabilitat tèrmica es tracta amb un estudi sobre l'enfocament de dopatge de parells de Lewis, que proporciona un dopatge eficient a diversos semiconductors orgànics, permetent una alta conductivitat elèctrica alhora que ofereix una estabilitat excepcional. A més, aquesta tesi aborda l'eficiència del dopatge de la poli(benzodifurandione) (PBFDO), un prometedor semiconductor orgànic de tipus n amb un potencial important per a aplicacions termoelèctriques. En investigar la termodinàmica de la reacció de dopatge en aquest polímer, aquest treball pretén minimitzar la concentració de dopants sense comprometre el rendiment del dopatge, avançant en la seva aplicació en dispositius termoelèctrics.

Esta tesis presenta una investigación sobre la conductividad térmica reticular del poli(3,4-etilendioxitiofeno) (PEDOT) amorfo y PEDOT:poli(estireno sulfonato) (PSS), con un enfoque en los efectos de los bipolarones sobre la morfología y el transporte térmico, así como en la contribución individual del PSS. También se estudia la conductividad térmica de nanofibras cristalinas de PEDOT dopado para evaluar el potencial de supresión de transferencia de calor aprovechando las propiedades anisotrópicas de conducción. El tema clave de la estabilidad térmica se aborda mediante un estudio del enfoque de dopaje por pares de Lewis, que permite un dopaje eficiente en varios semiconductores orgánicos, logrando alta conductividad eléctrica junto con una estabilidad excepcional. Además, esta tesis examina la eficiencia de dopaje del poli(benzodifurandiona) (PBFDO), un prometedor semiconductor orgánico tipo n con un notable potencial para aplicaciones termoeléctricas. Mediante el análisis de la termodinámica de la reacción de dopaje en este polímero, este trabajo busca minimizar la concentración de dopantes sin comprometer el rendimiento del dopaje, avanzando así su aplicación en dispositivos termoeléctricos.

This thesis presents an investigation of the lattice thermal conductivity of amorphous poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and PEDOT:poly(styrenesulphonate) (PSS), focusing on the effects of bipolarons on morphology and thermal transport, as well as addressing the individual contribution of PSS. It also focuses on the thermal conductivity of doped crystalline PEDOT nanofibers to assess the potential for heat transfer suppression by exploiting anisotropic conduction properties. The key topic of thermal stability is covered with a study on the Lewis pair doping approach, which provides efficient doping across various organic semiconductors, enabling high electrical conductivity while offering exceptional stability. Furthermore, this thesis addresses the doping efficiency of poly(benzodifurandione) (PBFDO), a promising n-type organic semiconductor with significant potential for thermoelectric applications. By investigating the thermodynamics of the doping reaction in this polymer, this work aims to minimize dopant concentration without compromising doping performance, advancing its application in thermoelectric devices.