Введение к работе
Актуальность проблемы. Разработка и синтез сопряженных органических полимеров является ключевым моментом к технологическому прорыву с использованием функциональных полимерных материалов в новых поколениях оптоэлектронных устройств. Поэтому в настоящее время придается большое значение поиску новых сопряженных гомо- и сополимеров, которые обладают высокой подвижностью носителей зарядов, хорошей растворимостью в органических растворителях и другими свойствами, необходимыми для создания эффективных материалов для гибкой органической оптоэлектроники. Среди таких полимеров особый интерес представляют сополимеры на основе производных 4#-щшіопента[2,1-4:3,4-']дитиофена, флуорена и бензотиадиазола, которые обладают достаточно узкой шириной запрещенной зоны, что является одним из важных параметров для функциональных материалов, используемых в органических фотовольтаических ячейках (ОФВ-ячейках). Варьируя, солюбилизирующие заместители в мономерах, можно достигнуть приемлемого сочетания растворимости конечных полимерных продуктов в обычных органических растворителях, таких как ТГФ, толуол, ксилол, хлорбензол и т.д. с хорошими полупроводниковыми и пленкообразующими свойствами полимерных систем. Последние играют важную роль, так как известно, что хорошие пленкообразующие свойства позволяют получать из материала іганоразмерньїс пленки высокого качества для достижения высоких технических характеристик в электронных устройствах.
Цель работы. Синтез сопряженных чередующихся сополимеров с узкой шириной запрещенной зоны на основе производных циклопентадитиофепа, бензотиадиазола и флуорена, изучение влияния молекулярной структуры полученных сополимеров на их физико-химические свойства и оценка возможностей их применения в органических фотовольтаических устройствах.
Научная новизна полученных результатов. Впервые ряд сопряженных сополимеров на основе производных циклопентадитиофепа, бензотиадиазола и флуорена (Рис. 1) синтезирован в одинаковых условиях - с использованием реакции
кросс-сочетания Сузуки, что позволяет исключить вопрос различной чистоты сополимеров при сравнении их свойств. При этом предложены новые структуры сополимеров с узкой шириной запрещенной зоны - сополимеры ГО - П9, ШО, 1112. В процессе работы разработана новая синтетическая схема получения основного мономерного прекурсора 4//-циклопента[2,і-6:3,4-&']дитиофен-4-она, позволяющая снизить число синтетических стадий и повысить выход конечного продукта, предложен эффективный способ синтеза нового дийодсодержащего мономера - 2,6-дийод-4,4-этилевдиокси-4Я-циклопента[2,1-&:3,4-Ь']дитиофена). Впервые изучено влияние химической структуры мономерных звеньев на смещение максимума поглощения и ширику запрещенной зоны, фазовое поведение и термические свойства полученных сополимеров. Впервые изучена зависимость свойстз фотовольтаических ячеек с объемным гетеропереходом, изготовленных с использованием полученных сополимеров в качестве донорных материалов, от химического строения хромофорной группы, входящей в состав сопряженного сополимера.
П1
П2 (R = CH2CIIlC2Hs)C4H,; Щ-* я С,Н„) П8 (R= CHjCHfCjHj^H,)
R R
Рис. 1. Структурные формулы полученных сополимеров.
Практическая значимость работы заключается в разработке оригинальных синтетических схем получения мономерных прекурсоров на основе циклопентадитиофена, а также ряда сопряженных сополимеров, перспективных для использования в качестве донорных материалов в органических фотовольтаических ячейках (солнечных батареях) и фотодетекторах.
Апробации работы. Основные результаты диссертации были представлены на Международной конференции "Органическая панофотігака" (ICON-RUSSIA 2009) (Санкт-Петербург, 2009); 1-ой и П-ой Всероссийских школах-конференцях для молодых ученых "Макромолекулярные нанообъекты и полимерные нанокомпозиты" (Москва, 2009, 2010); V Всероссийской Каргинской конференции "Полимеры 2010" (Москва, 2010), Международном Полимерном конгрессе "Масго2010" (Глазго, 2010).
Личный вклад автора заключается в непосредственном участии во всех этапах работы — от постановки задачи, планирования и выполнения эксперимента до обсуждения и оформления полученных результатов.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 2 статьи в реферируемых журналах, тезисы пяти докладов на научных конференциях, а также получено положительное решение на Российский патент.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка литературы. Работа изложена на 145 страницах печатного текста, включает 94 рисунка, 6 таблиц и список цитируемой литературы из 157 наименований.
Похожие диссертации на Синтез и исследование свойств чередующихся сополимеров на основе производных циклопентадитиофена, флуорена и бензотиадиазола
