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Implementation and simulation of drift-diffusion models for organic mixed conductor devices (2022)

  • Authors:
  • Autor USP: UNIGARRO, ANDRES DAVID PEÑA - IFSC
  • Unidade: IFSC
  • Sigla do Departamento: FCM
  • DOI: 10.11606/D.76.2022.tde-19082022-111554
  • Subjects: DIFERENÇAS FINITAS; ELETRÔNICA
  • Keywords: Drift-diffusion; Eletrônica orgânica; Finite differences; OECT; Organicelectronics
  • Language: Inglês
  • Abstract: Nos últimos anos, os transistores eletroquímicos orgânicos (OECTs) surgiram como transdutores em aplicações que requerem a conversão de fluxos iônicos em corrente eletrônica. Para a otimização e compreensão dos fundamentos das OECTs e suas aplicações, é essencial ter modelos teóricos capazes de prever dados experimentais. Nos modelos de drift-diffusion, o fluxo de íons do eletrólito para a camada semicondutora orgânica é considerado como tendo lugar devido à ação de um campo elétrico, mas também devido aos processos de difusão gerados pelos gradientes de concentração. A equação governante do modelo de drift-diffusion é a equação de Nernst-Planck. Assim, neste projeto, uma abordagem numérica é seguida para resolver a equação de Nernst-Planck em uma dimensão e modelar a migração iônica do eletrólito para o semicondutor. Para avaliar a precisão da implementação, foram consideradas as condições de contorno padrão utilizadas na literatura para resolver analiticamente as equações de drift-diffusion. Ao fazê-lo, os resultados numéricos obtidos mostraram boa concordância com as soluções analíticas, alcançando erros na ordem de 1% .Visando uma melhor representação das OECTs, são consideradas as condições de contorno fechado. Aqui, a evolução temporal dos perfis de concentração mostraram uma convergência para uma distribuição exponencial no estado estacionário, que está em boa concordância com o resultado esperado teoricamente. Adicionalmente, foi considerado um campo elétrico nãouniforme atuando sobre o sistema, assumido como finito na região do eletrólito e zero no semicondutor. Esta consideração afeta principalmente a evolução temporal da concentração em cada região. Como objetivo de considerar as composições distintas em eletrólitos e semicondutores, foram introduzidos diferentes valores de coeficientes de difusão para cada região. Esta extensão tem impactos visíveis no tempo que o sistema precisa para alcançar o estado estacionário. Além disso, a introdução do gradiente do potencial químico como a força responsável da difusão dos íons levou a variações significativas nos resultados obtidos como modelo. Aqui, a chamada difusão scendente relatada na literatura foi observada. Com a abordagem numérica, foi possível considerar diferentes tipos de tensões pulsadas no eletrodo da porta, o que permitiu simular os processos de carga e descarga dos OECTs. Para todos os casos, foram obtidas curvas oscilatórias semelhantes às medidas experimentais. Portanto, a abordagem numérica permitiu ir além da descrição analítica, e desenvolver uma extensa investigação do impacto que diferentes considerações têm nos resultados
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 09.05.2022
    • Acesso à fonteAcesso à fonteDOI
    Informações sobre o DOI: 10.11606/D.76.2022.tde-19082022-111554 (Fonte: oaDOI API)
    • Este periódico é de acesso aberto
    • Este artigo é de acesso aberto
    • URL de acesso aberto
    • Cor do Acesso Aberto: gold
    • Licença: cc-by-nc-sa
    How to cite
    A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas

    • ABNT

      PEÑA UNIGARRO, Andres David. Implementation and simulation of drift-diffusion models for organic mixed conductor devices. 2022. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2022. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-19082022-111554/. Acesso em: 09 jan. 2026.

    • APA

      Peña Unigarro, A. D. (2022). Implementation and simulation of drift-diffusion models for organic mixed conductor devices (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-19082022-111554/

    • NLM

      Peña Unigarro AD. Implementation and simulation of drift-diffusion models for organic mixed conductor devices [Internet]. 2022 ;[citado 2026 jan. 09 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-19082022-111554/

    • Vancouver

      Peña Unigarro AD. Implementation and simulation of drift-diffusion models for organic mixed conductor devices [Internet]. 2022 ;[citado 2026 jan. 09 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-19082022-111554/

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