Синтез и исследование свойств чередующихся сополимеров на основе производных циклопентадитиофена, флуорена и бензотиадиазола

• Автор: Мышковская, Екатерина Николаевна
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1. Органические фотовольтаические ячейки

1.1. Принцип работы органических фотовольтаических ячеек

1.2. Архитектура органических фотовольтаических ячеек.

1.3. Вольтампсрныс характеристики фотовольтаичсского элемента

1.4. Факторы, влияющие на эффективность работы ОФВ ячеек и возможные пути их улучшения

1.4.1. Напряжение холостого Vxx

1.4.2. Ток короткого замыкания 1КГ,

1.4.3. Фактор заполнения

2. Способы образования СС связи между ароматическими фрагментами

3. Сопряженные полимеры для органической фотовольтаики.
3.1. Сопряженные полимеры на основе органических производных флуорена
3.2. Чередующиеся сополимеры па основе производных флуорена и элсктронодонорных сомономеров.
3.3. Сополимеры на основе производных флуорена и электроноакцепторных сомономеров
3.4. Сопряженные полимеры на основе производных циклопентадитиофена
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ГЛАВА 2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
1. Синтез сополимеров на основе органических производных 4Н
циклопента2,1Ь3,4Ьдитиофена и 9,9диалкилфлуоренов
1.1. Синтез мономеров на основе 4Нциклопента2,1Ь3,4Ь,дитиофена.
1.2 Синтез диборорганических производных 9,9диалкилфлуоренов.
1.3 Синтез сополимеров на основе дигалогенпроизводных производных
4Нциклопсита2,1Ь3,4Ь,дитиофсна и диборорганических производных 9,9диалкилфлуорена
1.4 Синтез сополимеров на основе диалкилпроизводных производных 4Н
циклоиеита2,1Ь3,4Ьдитиофена ЦПДТ и 4,4этилендиоксиЦПДТ.
2. Сополимеры на основе 4,4диалкил и 4,4дифторпроизводных 4Н
шклопента2,1Ь3,4Ьдитиофена и его силольного аналога.
2.1 Синтез мономера на основе 4,4дифторпроизводного 4Нциклопегга2,1 Ь3,4Ьдитиофена
2.2 Синтез силольных производных циклопентадитиофена.
2.3 Синтез сополимеров на основе 4,4дифторпроизводных 4Нциклоиента2,1Ь3,4Ьдитиофсна
3. Сополимеры на основе производных бензотиадиазола, диалкил флуорена и диалкилциклопснтадитиофена.
3.1 Синтез мономера на основе 2,1,3бснзотиадиазола
3.2 Синтез сополимеров на основе производного 2,1,3бензотиадиазола
4. Термические свойства и фазовое поведение сополимеров
4.1. Сополимеры на основе производных флуорена и циклопентадитиофена
4.2. Сополимеры на основе диалкилпроизводпых циклопентадитиофена и его диоксолаиового производного
4.3.Сополимеры на основе циклопентадитиофена с дифторметиленовым мостиком.
4.4. Сополимеры на основе производных бензотиадиазола
4.5. Исследование структуры полученных сополимеров методами рентгеновской дифракции в больших и малых углах
5. Оптические свойства синтезированных сополимеров.
6. Фотовольтаическис свойства синтезированных сополимеров
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Исходные вещества.
1. Синтез мономеров на основе 4Нциклопента2,1 Ь3,4Ьдитиофена
2. Синтез мономеров на основе флуорена.
3. Синтез силольных производных циклопентадитиофена.
4. Синтез сополимеров.
5. Физикохимические методы исследования
ВЫВОДЫ.
БЛАГОДАРНОСТИ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В результате достигают контакга доноракцептор только экситоны, возбужденные в его непосредственной близости. Следовательно, вклад в фототок могут дать только фотоны, поглощенные на характерной длине диффузии экситонов вблизи плоскости гетероперехода. Благодаря тому, что характерная длина поглощения в органических материалах составляет около 0 нм, в ОФВ ячейках слоистого типа только малая часть менее поглощенных фотонов может дать вклад в фототок. В случае ячеек с объемным гетеропереходом транспорт носителей зарядов к электродам и подавление рекомбинации возможны только при строгом упорядочении фаз донора и акцептора. Так как длина диффузии экситонов составляет порядка нм, в оптимальном гетеропереходе характерные размеры фаз должны быть близки к этому значению. А для того, чтобы все заряды могли достичь соответствующих электродов, каждая из этих фаз должна быть непрерывной, и общая структура должна представлять собой взаимопроникающую сетку фаз донорного и акцепторного материалов Рис. Схема объемного гетероперехода показана на Рис. За, а его упорядоченного варианта на Рис. Идея объемного гетероперехода состоит в том, чтобы граница доноракцептор простиралась по всему объему рабочего слоя таким образом, чтобы экситон, возбужденный в любой точке объема гетероперехода, мог достичь границы раздела полупроводников и диссоциировать на свободные заряды. При этом электроны должны иметь возможность двигаться по фазе акцептора до катода ОФВ ячейки, а дырки по фазе донора до анода. Как видно из сравнения Рис. За и Рис. Рис. Рис. За заметная доля зарядов может оказаться изолированной от соответствующих электродов, т. На практике объемный гетеропереход можно реализовать путем смешивания материалов донора и акцептора. В оптимальном объемном гетеропереходе добиваются характерного размера разделения фаз донора и акцептора порядка длины диффузии экситонов нм. При этом большая часть экситонов, возбужденных в объеме рабочего слоя, успевает за время своей жизни достичь границы доноракцептор. Далее электроны дырки в фазе акцептора донора двигаются по соответствующим перколяционным путям к катоду аноду ОФВ ячейки Рис. Рис. Батареи слоистого типа исторически были первыми ОФВ ячейками, показавшими приемлемую эффективность преобразования света около 1 . На сегодняшний момент эффективность преобразования света вплоть до 3. ОФВ ячейки, в которых активный слой представляет собой смесь донорного и акцепторного материалов, сейчас исследуются наиболее широко. Вопервых, это связано с тем, что используемые для их изготовления материалы обычно высоко растворимы в органических растворителях и наносятся из раствора, что позволяет сократить затраты на производство устройств, используя современные технологии струйной, офсетной и других видов печати. Это приводит к тому, что теоретически квантовая эффективность фотоиндуцированного разделения зарядов в слоях с объемным гетеропереходом может достигать 0 5. На сегодняшний день лучшими материалами для органических солнечных батарей с объемным гетеропереходом являются соединения фуллеренов лтип и сопряженные полимеры ртип. Исследуются и другие комбинации материалов, например, системы полимерполимер , полимернсорганические наночастицы и др. Основной характеристикой органической солнечной батареи является вольтамперная кривая, измеренная в стандартизованных условиях при облучении светом со спектром, близким к 1. Втсм2. Из вольтамперных характеристик фотовольтаического элемента определяют три основных параметра напряжение холостого хода Vxx, ток короткого замыкания и фактор заполнения Рис. На кривой при нулевой величине приложенного напряжения определяется плотность тока короткого замыкания 1КЗ. Напряжение, которое нужно приложить, чтобы скомпенсировать э. Vxx. Если в каждой точке кривой в четвертом квадранте перемножить координаты ток на напряжение, то найдется некая точка, в которой это произведение максимально по абсолютной величине. Эта точка называется точкой максимальной энергии Рм, и она определяет реальную эффективноегь фотовольтаического элемента. В этой точке принято обозначать , а V V. Лг 1.