Studies of The Electronic Structure of CuPc and PTCDA - Two Molecular Organic Semiconductors

Since the discovery of organic materials with conducting and semiconducting proper\uacties a few decades ago, the research in this field has intensified and has become in\uaccreasingly important. Expected advantages of both economical and technological nature have been powerful driving forces in this development, and today organic based devices are becoming a reality for commercial applications. It is predicted that the market for organic semiconducting devices and in particular organic light emitting devices (OLEDs) will expand dramatically in the near future and that OLEDs will replace LCDs in many applications. Thus, studies of organic molecular thin films with semi\uacconducting properties and of organic/inorganic interfaces are highly motivated. The two substances investigated in this work, PTCDA and CuPc, are prototypes for this group of materials. They are both planar with a conjugated π-bonding system and they self-organize in well-ordered structures on a range of substrates. The studies aim at achieving better understanding for the electronic properties of thin molecular crys\uactal layers and their interaction with different inorganic substrates. The systems investi\uacgated include three well characterized monocrystalline substrates: one extreme\uac\uacly passive, Si(111):H, one that is expected to be suitable for quasiepitaxial growth, TiSe2, and one that is known to be quite aggressive in contact with molecular crystals, Cu(100). A fourth substrate, ITO, was also investigated in different states of prepa\uacration. Since ITO is a highly transparent conductor, it is used as electrode in optoelectronic devices. The studies of PTCDA/Si:H, revealed angularly dispersing valence band features, which were confirmed in more recent studies, and which show that the material forms a regular crystal perpendicular to the surface. No indication of in-plane crystal order was found, which was explained as an effect of very loose coupling to the substrate. The PTCDA/TiSe2 interface is more coherent, and supports quasiepitaxial growth of PTCDA. The local nature of charges in the molecular crystal was reflected via signi\uacficant substrate-related non-local screening of photoholes. Deposition of PTCDA on Cu(100) resulted in formation of new interfacial electronic states, clearly showing chemi\uac\uacsorptive interaction. For the interface between CuPc and ITO, we found that the electronic and morphological properties are highly dependent on the substrate surface preparation. Differently treated substrates alter the ITO work function and influence the Fermi level pinning in the CuPc thin films. Focusing on the properties of the central Cu atom in CuPc we found that the half-filled exchange split 3d-orbital states probably responsible for the two distinct Fermi level pinning situations reported by several other groups. Keywords: UPS, XPS, XAS, XES, Organic Semiconductor, PTCDA, CuPc

Vägskyltars synbarhet med nya typer av fordonsbelysning

Rapporten är framtagen med ekonomiska bidrag från Trafikverkets Skyltfond. Ståndpunkter och slutsatser i rapporten reflekterar författaren och överensstämmer inte med nödvändighet med Trafikverkets ståndpunkter och slutsatser inom rapportens ämnesområden.I trafiken är vi i väldigt hög grad beroende av vägskyltar och den information de förmedlar. Om man missar skylten eller skyltens budskap eller inte uppfattar den i god tid kommer det leda till misstag och osäkra situationer i trafiken som i värsta fall kan leda till olyckor. Under dygnets mörka timmar förlitar vi oss på fordonsbelysningen för att kunna se vår omgivning, däribland vägskyltar. Skyltarna måste även då vara synliga, tydliga och ha rätt färg. Retroreflekterande skyltar och fordonslampor fyller därför en viktig funktion i att bidra till ökad trafiksäkerhet, speciellt under dygnets mörka timmar, men även i dagsljus vid vädersituationer som komplicerar sikten. I denna studie har vi undersökt om modern fordonsbelysning med LED- och HID-lampor påverkar synbarheten hos vägskyltar när man jämför med traditionella halogenlampor. Fokus har legat på färgigenkänning, retroreflektionsförmåga och bländningsrisker. I studien har vi inkluderat 40 prover retroreflekterande material av olika sorter och i ett flertal olika färger. På dessa har vi mätt upp retroreflektion och färg i ett 60-tal olika betraktningsgeometrier. Mätningar har gjorts med ett flertal olika ljuskällor (fordonslampor), såsom halogen, LED och HID (Xenon). De erhållna värdena har analyserats tillsammans med spektralfördelningar hos de olika ljuskällorna för att ge en komplett färginformation. En typisk ljusfördelning hos ett LED-baserat hel- och halvljus har använts i beräkningar av bländningsrisker för ett antal olika skyltpositioner och typ av skylt. Resultaten visar att man med LED-lampor kraftigt påverkar retroreflektionskoefficienten på blå, gröna och röda skyltar, med lägre retroreflektion på rött material och högre retroreflektion på blått och grönt. För vita och gula skyltmaterial är retroreflektionen i stort sett opåverkad, vilket gör att risken för synnedsättande bländning från skyltar med dessa färger troligtvis inte är större med nya typer av fordonsbelysning, givet liknande ljusfördelning och ljusmängd från lamporna. Beräkningarna visar att vid körning med halvljus är nivåerna på ljuset som reflekteras från skyltar och når förarens ögon normalt betydligt lägre än de nivåer som uppstår när man möter trafik som också har halvljus. Med helljus däremot når man ljusnivåer som sannolikt kan orsaka såväl synnedsättande som obehagsbländning. Detta bör speciellt beaktas när man planerar vägar med lågt trafikflöde utanför stadsbebyggelse. Vid analys av hur de retroreflekterande materialens färg upplevs ur olika betraktningsvinklar visade mätningarna att olika geometrier enbart har en mindre påverkan på retroreflekterad färg. Däremot kan man få betydande färgskiftningar när man belyser skyltarna med olika typer av fordonslampor. Mätningarna och efterföljande analys visar dock att vid byte från exempelvis halogen till LED-belysning flyttar sig alla färger i färgrymden ungefär lika mycket, vilket gör att risken för att ta fel på närliggande färger är liten. Det kan dock inte uteslutas att situationen kan se annorlunda ut för andra material och ljuskällor än de som inkluderats i denna studie.Skyltfonde

Utveckling och tillämpning av sensoriska metoder för objektiva belysnings-bedömningar, del I

I dag finns tekniska belysningsstandarder som inkluderar parameterar så som ljusstyrka, jämnhet och luminans. Det som saknas är krav som grundar sig på människors upplevelser av belysning och ljusmiljöer. Att få med den upplevelsebaserade dimensionen skulle betyda ett helhetstänk som förmodligen skulle gynna både ljuskomforten och än mer energieffektiva ljusmiljöer och produkter. Att beskriva upplevda belysningsparametrar har hittills visat sig inte vara helt enkelt, och här saknas både kunskap och en gemensam begreppsvärld inom branschen; något som hämmar fastighetsägare att ställa lämpliga krav vid en upphandling liksom belysningstillverkare att utveckla produkter för nya marknader och tillämpningar. Det övergripande syftet med detta forskningsprojekt är att utveckla och tillämpa sensoriska metoder på belysning. Till skillnad från tidigare metoder möjliggör sensoriska metoder objektiva bedömningar av upplevda belysningsparametrar. Syftet med försöken som redovisas i denna delrapport är att vidareutveckla och testa metoden ytterligare. Detta görs genom att nya armaturer testas liksom att försök utförs i en ny verklig kontext (kontorsmiljö). Försöken bygger vidare på resultat från tidigare försök som har rapporterats om i (Boork et al, 2017). En analytisk panel bestående av åtta personer, som uppfyllde särskilda urvalskriterier, har tidigare rekryterats och dessa personer tränades nu för detta specifika delprojekt för att bedöma belysningsprodukter i ett multisensoriskt laboratorium på RISE Research Institutes of Sweden i Borås. Metodutvecklingen fokuserade särskilt på en effektiv träningsprocedur, hantering av ögats adaption, samt bedömning av färg och skuggningar. Förutom laboratorieförsök undersöktes möjligheten att genomföra analytiska bedömningar i en verklig kontext med samma försöksuppställning och panel. Resultaten visade att det är möjligt att använda sensorisk metodik för att genomföra objektiva belysningsbedömningar även för de testade belysningsprodukterna, dvs mindre LED-spotlights. Signifikanta skillnader identifierades mellan de olika armaturerna och som i tidigare försök spelade färgtemperaturen en stor roll för flera av de bedömda egenskaperna; inte minst förstås för ljuskällans gulhet och för läsbarhet (textkontrasten). Liksom i tidigare försök fanns det samband mellan de fysikaliska mätningarna och sensoriska bedömningarna, men inte för alla egenskaper, vilket visar att fysikaliska och sensoriska mätningar ger kompletterande information om belysning.  Vidare visade bedömningsförsök i en verklig kontext att likvärdiga resultat uppnåddes som i laboratoriet, om ändock något spretigare och inte heller lika entydiga i jämförelse med verklig kontext i tidigare försök. Den genererade kunskapen väntas på sikt bidra till utveckling av verktyg som stödjer kommunikationen mellan olika professioner inom ljusdesign och planering och på så vis främja mer önskvärda och energieffektiva ljusmiljöer.Bright Communication: Belysningskommunikation med fokus på perception och energ

Dose–effects in behavioural responses of moths to light in a controlled lab experiment

Insects play a critical role in providing numerous ecosystem services. However, insect diversity and biomass have been declining dramatically, with artificial light being suggested as a contributing factor. Despite the importance of understanding the dose–effect responses of insects to light emissions, these responses have been rarely studied. We examined the dose–effect responses of the greater wax moth (Galleria mellonella L.) to different light intensities (14 treatments and a dark control) by observing their behavioural responses in a light-tight box equipped with a LED light source (4070 K) and infrared cameras. Our findings reveal dose–effect responses to light, as the frequency of walking on the light source increased with higher light intensity. Additionally, moths exhibited jumps in front of the light source and jump frequency increased with light intensity. No direct flight-to-light behaviour or activity suppression in response to light was observed. Based on our analysis of the dose–effect responses, we identified a threshold value of 60 cd/m2 for attraction (walking on the light source) and the frequency of jumps. The experimental design in this study offers a valuable tool for investigating dose–effect relationships and behavioural responses of various species to different light levels or specific light sources

Innemiljö i nytt ljus : Metoder för objektiv bedömning av belysning

Nuvarande belysningsstandarder baseras enbart på tekniska krav, såsom ljusstyrka, jämnhet och luminans. Att även inkludera upplevelsebaserade krav skulle troligen främja bättre ljuskomfort, men även mer energieffektiva ljusmiljöer och produkter. Kunskapen om hur upplevda belysningsparametrar kan beskrivas är dock begränsad. Detta hämmar fastighetsägare och brukare att precisera önskvärda ljusmiljöer, liksom belysningstillverkare att utveckla produkter för nya marknader och tillämpningar. Syftet med detta forskningsprojekt var att utveckla och tillämpa sensoriska metoder på belysning. Till skillnad från tidigare metoder möjliggör sensoriska metoder objektiva bedömningar av upplevda belysningsparametrar. En analytisk panel bestående av åtta personer som uppfyller särskilda urvalskriterier rekryterades och tränades att bedöma belysningsprodukter i ett multisensoriskt laboratorium på SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut i Borås. Metodutvecklingen fokuserade särskilt på en effektiv träningsprocedur, hantering av ögats adaption, samt bedömning av färg och skuggningar. Förutom laboratorie-försök undersöktes möjligheten att genomföra analytiska bedömningar i en verklig kontext med samma försöksuppställning och panel. Resultaten visar att det är möjligt att använda sensorisk metodik för att genomföra objektiva belysningsbedömningar av armaturer; paneldeltagarna kunde skilja mellan attribut och prover. Signifikanta skillnader identifierades mellan de olika armaturerna, både i form av sensoriska och fysikaliska egenskaper såsom läsbarhet och bländning. Fysikaliska och sensoriska parametrar samvarierar dock inte alltid, vilket visar att fysikaliska och sensoriska mätningar ger kompletterande information om belysningskvalitet. Vidare visade bedömningsförsök i en verklig kontext att samma resultat uppnåddes som i laboratoriet, men med lägre signifikans, vilket verifierar metodens tillämpbarhet på belysning. Den genererade kunskapen väntas på sikt bidra till utveckling av verktyg som stödjer kommunikationen mellan olika professioner inom ljusdesign och planering och på så vis främja mer önskvärda och energieffektiva ljusmiljöer.Innemiljö i nytt ljus: Metoder för objektiv bedömning av belysnin

Photoelectron spectroscopic studies of ultra-thin CuPc and PTCDA layers on Cu(100)

The initial interaction and interface formation between Cu(100) and the organic semiconductors 3,4,9,10-perylene tetracarboxylic dianhydride (PTCDA) and copper phtalocyanine (CuPc) has been studied by means of angle-resolved UV photoelectron spectroscopy (ARUPS). Both CuPc and PTCDA are known to adsorb strongly on the Cu(100) surface. The bonding interaction is revealed via interface-related structures in photoemission spectra. However, the spectra develop rather differently in the low coverage regime: while CuPc molecular states are observed below monolayer coverage, the first PTCDA layer is found to be reacted such that the adsorbate-induced emission is strongly modified relative that of intact PTCDA molecules. We find a number of structures that are neither PTCDA- nor Cu-derived, and that the oxygen-related component of the PTCDA spectrum is completely missing in spectra from the monolayer. Importantly for device applications, we find evidence of interfacial electronic states in the form of new peaks located in the former HOMO-LUMO gap for both molecules. In the case of PTCDA these support a chemisorptive bonding model, whereas in the case of CuPc we interpret the state as a monolayer-specific resonance