Geri Dön

Synthesis and characterization of benzodithiophene containing conjugated polymers for organic bulk heterojunction solar cells

Organik bulk heteroeklem güneş pilleri için benzoditiyofen içeren konjüge polimerlerin sentezi ve karakterizasyonu

PDF İndir

  1. Tez No: 753689
  2. Yazar: SULTAN TAŞKAYA ASLAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ALİ ÇIRPAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 238

Özet

Bulk heterobağlam organik güneş pilleri (BHJ-OSC'ler), geniş alan uygulamalarında esneklikleri, hafiflikleri ve düşük maliyetleri nedeniyle yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak dikkat çekmiştir. Farklı yapı taşlarına sahip yeni polimerik malzemelerin tasarımının yanı sıra, güneş pillerinin cihaz mimarileri, son yıllarda çözücü ile işlenmiş OSC'lerin güç çevrim verimliliğini (PCE) artırmak için önemli ölçüde iyileştirildi. Şimdiye kadar, tek katmanlı BHJ-OSC'ler için PCE %18'e ulaştı ve tandem OSC'lerde %18,6'lık yüksek bir performans kaydedildi. Yüksek verimli BHJ-OSC'ler elde etmek için ideal polimerik donör-alıcı (D-A) tipi malzemelerin tasarlanması için bazı gereksinimler dikkate alınmalıdır: a) yüksek kısa devre akımı (JSC) elde etmek için görünür ve yakın kızılötesi aralıkta geniş ve güçlü absorpsiyon spektrumları; b) yaygın organik çözücülerde yüksek moleküler ağırlık ve iyi çözünürlük; c) yüksek açık devre voltajı (VOC) elde etmek için polimerik verici ve alıcı malzemeler arasında uygun enerji seviyeleri; d) dolum faktörünü (FF) kolaylaştırmak için iyi morfoloji ve yüksek yük taşıyıcı hareketliliği. Bu amaçlarla, OSC'lerin aktif katmanındaki verici malzemeler olarak D-A tipi konjuge polimerler, daha dar bir bant aralığı elde etmek ve verici ve alıcı yapı taşları arasındaki molekül içi yük transferini (ICT) iyileştirmek için tasarlandı. Bu tez, organik bulk heteroeklem güneş hücrelerinin inşası için benzoditiyofen içeren çok çeşitli potansiyel polimerik malzemelerin araştırmasını sunmaktadır. Benzothiadiazole, quinoxaline, tienopyroledion, benzotriazole ve isoindigo akseptör kısımlarına sahip yeni konjuge polimerler detaylı olarak incelendi. Konjuge polimerlerin elektrokimyasal, spektroelektrokimyasal ve fotovoltaik davranışları incelendi. F atomu sayısının benzotiyodiazol bazlı polimerler üzerindeki etkisi araştırıldı. Flor atomunun dahil edilmesiyle, PBDTSe-FBT ve PBDTSe-FFBT'nin HOMO enerji seviyesi, PBDTSe-BT polimerine kıyasla azaldı. Benzotiyodiazol bazlı polimerler ile yapılan çalışmaların PBDTSe-FFBT kullanılarak optimize edilmiş aktif katmanı için %2.63 ile en iyi PCE'yi gösterdi. Kinoksalin türevleri, tiyofen ve selenofen π-köprüsü ile sentezlendi. π-köprü ve yan grupların benzoditiyofen üzerindeki etkisi araştırıldı. Tüm fotovoltaik parametrelerde bir artışla PBDT-TQx için %4.47'lik PCE elde edildi. Farklı alıcı kısımların ve F atomu etkisini araştırmak için benzotiyodiazol ve tienopiroldion bazlı random polimerler elde edildi. En iyi cihaz performansı, %3.38 PCE veren bir F atomu içeren RP2 ile elde edildi. PBDTPh-BTz, PBDTT-BTz ve PBDTTT-BTz sentezlemek için benzotriazol akseptörü ile benzoditiyofen üzerindeki farklı yan gruplar kullanıldı. Optimize edilmiş çalışmalar, PBDTT-BTz için %3.49'luk PCE ile en iyi performansı gösterdi. İzoindigo içeren polimerler, UV-Vis spektrumlarında geniş absorpsiyon ile yapılan ön çalışmalar, PBDTTT-IID için %2.03'lük bir PCE ile sonuçlandı.

Özet (Çeviri)

Bulk heterojunction organic solar cells (BHJ-OSCs) have drawn attention as a renewable energy source due to their flexibility, lightweight and low cost in large-area applications. Besides the design of novel polymeric materials with different building blocks, the device architectures of the solar cells have been improved significantly to increase the power conversion efficiency (PCE) of solution-processed OSCs over the last years. Up to now, PCE for single layer BHJ-OSCs has reached 18%, and high performance of 18.6% was recorded in the tandem OSCs. Some requirements for designing ideal polymeric donor-acceptor (D-A) type materials should be considered to obtain high-efficiency BHJ-OSCs: a) wide and strong absorption spectra in the visible and near-infrared range to get high short circuit current (JSC); b) high molecular weight and good solubility in common organic solvents; c) suitable energy levels between polymeric donor and acceptor materials to obtain high open-circuit voltage (VOC); d) good morphology and high charge carrier mobility to facilitate fill factor (FF). With these aim, the D-A type conjugated polymers as the donor materials in the active layer of the OSCs were designed to obtain a narrower band gap and improve the intramolecular charge transfer (ICT) between donor and acceptor building blocks. This thesis investigated a wide range of polymeric materials containing benzodithiophene moiety to construct organic bulk heterojunction solar cells to obtain high power conversion efficiency. The novel conjugated polymers with benzothiadiazole, quinoxaline, thienopyroledione, benzotriazole and isoindigo acceptor moieties were studied in detail. The electrochemical, spectroelectrochemical and photovoltaic behaviors are examined for the conjugated polymers. The effect of the number of the F atom substitution on the benzothiodiazole based polymers was investigated. With the incorporation of fluorine atom, HOMO energy level of the PBDTSe-FBT and PBDTSe-FFBT were decreased compared to the polymer PBDTSe-BT. For the optimized active layer of benzothiodiazole based polymers, PBDTSe-FFBT showed the best PCE of 2.63%. Quinoxaline derivatives were synthesized with thiophene and selenophene π-bridge. The effect of the π-bridge and side groups on the benzodithiophene were investigated. PCE of 4.47% were obtained for PBDT-TQx with an increase in all photovoltaic parameters. Benzothiodiazole and thienopyrroledione based random polymers were obtained to investigate the effect of the different acceptor moieties and F atom substitution. The best device performance was found with the addition of one F atom substitution, RP2, giving 3.38% of PCE. Different side groups on benzodithiophene were used with benzotriazole acceptor to synthesize PBDTPh-BTz, PBDTT-BTz and PBDTTT-BTz. The optimized studies showed the best performance as 3.49% of PCE for PBDTT-BTz. Isoindigo containing polymers resulted broad absorption in UV-Vis spectra. Preliminary results showed a PCE of 2.03% for PBDTTT-IID.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    557122

    Investigation of optoelectronic properties of benzotriazole and thiazole bearing conjugated polymers

    Benzotriazol ve tiyazol içeren konjuge polimerlerin optoelektronik özelliklerinin incelenmesi

    HAKAN ÜNAY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ ÇIRPAN

  2. Tez No

    442308

    Synthesis and characterization of phenanthro imidazole based conjugated copolymer for optoelectronic applications

    Optoelektronik uygulamalar için fenantren-imidazol içeren konjüge kopolimerlerin sentezi ve karakterizasyonu

    NIMA SOHRABNIA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALİ ÇIRPAN

    DOÇ. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN

  3. Tez No

    474986

    Synthesis and characterization of novel quinoxaline-based and thieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione-based conjugated polymers and their applications in organic electronics

    Özgün kinoksalin tabanlı ve tiyeno[3,4-c]pirol-4,6-diyon tabanlı konjuge polimerlerin sentezi, karakterizasyonu ve organik elektronikteki uygulamaları

    ALİEKBER KARABAĞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. EMRULLAH GÖRKEM GÜNBAŞ

  4. Tez No

    475022

    Syntheses and investigation of optoelectronic properties of benzothiadiazole and benzotriazole containing conjugated polymers

    Benzotiyadiazol ve benzotriyazol içeren konjuge polimerlerin sentezi ve optoelektronik özelliklerinin incelenmesi

    DUYGU KELEŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ ÇIRPAN

    DOÇ. DR. YASEMİN ARSLAN UDUM

  5. Tez No

    519855

    Synthesis of bistriphenylamine and benzodithiophene based random conjugated polymers for organic photovoltaic applications

    Bistrifenilamin ve benzoditiyofen bazlı rastgele konjüge polimerlerin organik fotovoltaik uygulamalar için sentezi

    ASLI ÇETİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    KimyaOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ ÇIRPAN

Geri Dön