Investigation of the effect of heteroatom and integration of boron on benzodithiophene and pyrazine containing conjugated polymers for photovoltaic applications
Fotovoltaik uygulamalar için benzoditiyofen ve pirazin içeren konjüge polimerlerde heteroatom ve bor entegrasyonu etkisinin incelenmesi
- Tez No: 682448
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ ÇIRPAN, DR. SEDAT SÜRDEM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 113
Özet
Bu tez kapsamında, konjüge polimerlerin fotovoltaik uygulamaları için iki farklı konu araştırılmıştır; heteroatom ve bor entegrasyonu etkisi. Bor elementi, üstün özelliklerinden dolayı alternatif enerji kaynaklarına yönelik araştırmalarda büyük ilgi görmüştür ve bor elementinin konjuge sistemlere dahil edilmesi verimli fotovoltaikleri elde etmek için önemli bir strateji olarak görülmektedir. Bu kapsamda benzoditiyofen ve pirazin içeren konjuge bir polimer sentezlenmiş ve literatürde son zamanlarda rapor edilmiş olan post-polimerizasyon borilasyon yöntemi kullanılarak bor konjuge sisteme entegre edilmiştir. Bor içermeyen (P1A) ve bor içeren (P1B) iki polimer, fotovoltaik uygulamalar için elektronik ve optik özellikleri açısından karşılaştırılmıştır. Diğer bir kavram, yani heteroatom etkisi, bir heteroatomun benzoditiyofen ve pirazin içeren rastgele konjuge polimerlerin benzazol akseptörü üzerinde değiştirilmesiyle araştırılmıştır. Burada, benzotriazol içeren RP1, benzotiadiazol içeren RP2 ve benzoselenadiazol içeren RP3 olmak üzere üç farklı rastgele polimer sentezlenmiştir. Tüm polimerler için, polimerlerin HOMO ve LUMO seviyeleri döngüsel voltametri ile yapılan elektrokimyasal çalışmalar sonucunda hesaplanmış ve optik özellikleri incelemek için UV-Vis Spektrofotometri analizleri yapılmıştır. Yapılan bu çalışmalar sonucunda tüm polimerlerin elektronik ve optik özellikleri araştırılmıştır. Bu tez çalışmasının amacı doğrultusunda, yığın heteroeklem güneş pillerinin yapımında aktif katman olarak polimer:PC71BM karışımı kullanılarak polimerlerin fotovoltaik uygulama çalışmaları yapılmıştır. Güç dönüşüm verimleri ve blend film morfolojileri araştırılmıştır. Sonuç olarak, bor içermeyen ve bor içeren polimerler için sırasıyla %0.30 eV ve %0.06 eV'lik zayıf güç dönüşüm verimi değerleri elde edilmiştir. Son olarak, rastgele polimerler için, çeşitli optimizasyonlar sonucunda en yüksek güç dönüşüm verimleri RP1 için %1.68 eV, RP2 için %1.15 eV ve RP3 için %2.14 eV olmak üzere elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
In the context of this thesis, two different subjects were investigated for photovoltaic applications of conjugated polymers; the effect of heteroatom and integration of boron. The element boron has received considerable attention in the research of alternative energy sources due to its superior properties, and incorporation of boron in conjugated systems is considered as an important strategy to achieve efficient photovoltaics. In this sense, benzodithiophene and pyrazine containing conjugated polymer was synthesized, and boron was embedded into the conjugated system using the post-polymerization borylation method which has been recently reported in the literature. Two polymers, non-borylated (P1A) and borylated (P1B) polymers were compared in terms of their electronic and optical properties for photovoltaic applications. Another concept, namely the effect of heteroatom, was investigated by altering one heteroatom on benzazole acceptor of benzodithiophene and pyrazine containing conjugated random polymers. Here, three different random polymers, benzotriazole-bearing RP1, benzothiadiazole-bearing RP2, and benzoselenadiazole-bearing RP3, were synthesized. For all polymers, electrochemical studies were carried out by cyclic voltammetry to calculate the HOMO and LUMO levels of the polymers, and UV-Vis Spectrophotometry analyzes were performed for optical studies. As a result of these studies, electronic and optical properties of all polymers were investigated. In this work, photovoltaic application studies of the polymers were carried out by using Polymer:PC71BM blend as an active layer in the construction of the bulk heterojunction solar cells. Power conversion efficiencies and blend film morphologies were investigated. As a result, poor power conversion efficiency values of 0.30% and 0.06% were obtained for non-borylated and borylated polymers, respectively. Finally, for random polymers, the highest power conversion efficiencies were obtained as a result of several optimizations as follows: 1.68% for RP1, 1.15% for RP2 and 2.14% for RP3.
Benzer Tezler
- Ftalosiyanin-kuantum dot konjugatların eldesi ve elektrokimyasal uygulamaları
Phthalocyanine and heteroatom‐doped carbon quantum dots conjugate: synthesis and electrochemical investigation
BAŞAK GİZEM KARAHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ÖZÇEŞMECİ
- Katkılanmış grafen temelli nanomalzemelerin nöral kayıt ve uyarım yeteneğinin araştırılması
Investigation of neural recording and stimulation capability of doped graphene-based nanomaterials
MUHAMMED ZAHİD DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
BiyoteknolojiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CEM BAYRAM
DOÇ. DR. DİNÇER GÖKCEN
- Metal hipofosfitler ile katkılandırılmış heteroatom içeren polimerlerin güç tutuşurluk özelliklerinin incelenmesi ve çinko borat ile sinerjik etkileşimin araştırılması
Investigation of flammability properties of heteroatom containing polymers reinforced with metal hypofosphites and their synergistic effects with zinc borate
LEMİYE ATABEK SAVAŞ
Doktora
Türkçe
2019
Metalurji MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET DOĞAN
- Yeni pirazinoporfirazinlerin sentezi ve özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of new pyrazinoporphyrazines and investigation of their propertiies
RABİA ZEYNEP USLU KOBAK
- From supramolecular chemistry to fundamental organic chemistry: Bis-rosette nanotubes and novel molecular frameworks
Supramoleküler kimyadan temel organik kimyaya: İkili rozet nanotüpler ve yeni moleküler yapılar
CANSU İĞCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. EMRULLAH GÖRKEM GÜNBAŞ