Спектроскопия комбинационного рассеяния комплексов с переносом заряда полупроводниковых полимеров

• Автор: Бруевич, Владимир Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ЦЕЛИ РАБОТЫ
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
ГЛАВА 1. КОМПЛЕКСЫ С ПЕРЕНОСОМ ЗАРЯДА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПОЛИМЕРОВ (ОБЗОР)
1.1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ (СОПРЯЖЕННЫЕ) ПОЛИМЕРЫ
1.2. ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНЫЕ КОМПЛЕКСЫ С ПЕРЕНОСОМ ЗАРЯДА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПОЛИМЕРОВ
1.3. ЭФФЕКТИВНАЯ ДЛИНА СОПРЯЖЕНИЯ
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА СПЕКТРОСКОПИИ
2.1. ДИОДНЫЙ ЛАЗЕР С ВНЕШНИМ РЕЗОНАТОРОМ ДЛЯ СПЕКТРОСКОПИИ КР
2.2. СПЕКТРОМЕТР КР
2.3. УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРОВ ПОГЛОЩЕНИЯ
2.4. ИССЛЕДУЕМЫЕ ОБРАЗЦЫ
2.5. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
ГЛАВА 3. СПЕКТРОСКОПИЯ КР В ПЛЕНКАХ И РАСТВОРАХ
3.1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
3.2. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
ГЛАВА 4. СПЕКТРОСКОПИЯ ПОГЛОЩЕНИЯ И КР: ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ
4.1. МОДЕЛЬ ТЕПЛОВЫХ ТОРСИОННЫХ КОЛЕБАНИЙ
4.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
4.3. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.4. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Полупроводниковые (или сопряженные) полимеры (СП) — один из наиболее активно исследуемых классов органических материалов для приложений в фотонике и оптоэлектронике. К настоящему моменту разработаны светоизлучающие диоды с органической излучающей средой [1,
2], активно исследуются полимерные солнечные батареи [3-6]. Обсуждаются возможности создания лазеров на тонких пленках полимеров [7, 8]. Ведутся интенсивные исследования с целью создания полимерной микроэлектроники [9, 10].
СП являются органическими полупроводниками [9, 11]. Их полупроводниковые свойства связаны с делокализацией молекулярных тс-орбиталей вдоль полимерной цепи. Основное преимущество СП перед неполимерными органическими полупроводниками - это эффективная технология обработки, позволяющая создавать полупроводниковые полимерные материалы с заданными свойствами.
Хорошо известна проблема создания узкозонных сопряженных полимеров с оптической щелыо менее 2 эВ. Вместе с тем, для расширения спектра поглощения сопряженных полимеров в красную и ближнюю ИК области можно использовать свойства донорно-акцепторных комплексов с переносом заряда (КПЗ), образуемых в основном электронном состоянии [12]. Такие комплексы двух к-сопряженных органических молекул могут иметь полосу поглощения переноса заряда в области прозрачности донора и акцептора [13]. Недавно нашей научной группой было показано [14, 15], что растворимая производная полипарафениленвинилена (MEH-PPV) может образовывать слабый КПЗ с некоторыми органическими молекулярными акцепторами, в частности, с 2,4,7-тринитрофлуореноном (TNF) и 1,5-динитроантрахиноном (DNAQ). Было продемонстрировано, что пленки

МЕН-РРЧЕТМй обладают заметным поглощением в красной и ближней ИК областях, причем это поглощение приводит к генерации свободных зарядов [16].
Смеси СП с различными акцепторами активно исследуют как материалы рабочего слоя органических солнечных батарей и фото детекторов. Как было недавно показано, в таких смесях может образовываться КПЗ [17, 18]. Кроме того, КПЗ был недавно обнаружен в наиболее исследованных смесях СП с фуллеренами, используемых в органических фотоэлементах [19-22]. Несмотря на то, что эти материалы и солнечные батареи, сделанные на их основе, исследуются тщательным образом уже более 15 лет, до недавнего времени, присутствие в них КПЗ не отмечалось.
Образование КПЗ может привести к изменению оптических и фотофизических свойств смеси [16], существенным образом изменить её нано и микро-морфологию [23]. В смеси МЕН-РРУ:Т№ появляется новая полоса поглощения, наблюдаются существенный сдвиг основной полосы поглощении СП и сдвиги колебательных полос как донора, так и акцептора [15].
Межмолекулярный КПЗ сопряженного полимера, образуемый в основном электронном состоянии, является новым объектом в органической оптоэлектронике [16, 19-22]. Особый интерес вызывают КПЗ, которые образуются в органических материалах, на основе которых ведутся разработки фотовольтаических ячеек.
Хотя эффекты, связанные с образованием КПЗ, проявляются практически во всех оптических и электронных свойствах компонент комплекса, конформация СП в КПЗ, а так же морфология смеси практически не изучалась. Для изучения структуры сопряженных цепей на помощь может прийти спектроскопия комбинационного рассеяния (КР).

1.2.4. Комплекс с переносом заряда в смеси MEH-PPV и TNF
При смешивании MEH-PPV и TNF в полосе прозрачности смеси появляется широкая полоса поглощения, приписанная полосе поглощения КПЗ [14]. В колебательных спектрах пленок смесей MEH-PPV:TNF сдвиги характерных полос MEH-PPV (1550 и 1580 см'1) и TNF (1730 см'1) [15] были отнесены на счет образования слабого межмолекулярного КПЗ между MEH-PPV и TNF в основном электронном состоянии. Согласно Малликену [12], в простейшей модели слабого КПЗ происходит перенос части электронной плотности с высшей заполненной молекулярной орбитали (HOMO) донора (MEH-PPV) на низшую вакантную молекулярную орбиталь (LUMO) акцептора (TNF) в основном электронном состоянии.
Спектры оптического поглощения
Основной характерной особенностью слабого КПЗ является появление полосы поглощения в видимом или ближнем ИК диапазоне. На рис. 10 [14, 15] показаны спектры линейного поглощения MEH-PPV (см. Рис. 1-2) и КПЗ с полимерными акцепторами DNAQ (см. Рис. 1-4) и TNF (см. Рис. 1—3) на его основе. Видно, что спектры пленок смесей сдвинуты в красную область и, кроме того, имеют длинный хвост поглощения, отсутствующий у чистого MEH-PPV (использованные акцепторы прозрачны в видимой области спектра).