Synthesis, characterizations, and applications of conjugated small molecules and polymers for organic solar cells and organic light-emitting diodes
Organik güneş pilleri ve organik ışık yayan diyotlar için konjuge küçük moleküllerin ve polimerlerin sentezi, karakterizasyonu ve uygulamaları
- Tez No: 938359
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ ÇIRPAN, DOÇ. DR. ÇAĞATAY DENGİZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 370
Özet
Bu tez, organik güneş pilleri (OSCs) ve organik ışık yayan diyotlar (OLEDs) için ileri düzey organik optoelektronik malzemelerin tasarımını, sentezini ve karakterizasyonunu sunmaktadır. Çalışma, bağışçı-alıcı (D-A) konjuge polimerler, termal olarak aktive edilmiş gecikmeli floresans (TADF) yayıcılar ve altın nanoparçacık (AuNP) bazlı nanoyapılar üzerine odaklanmaktadır. Ligant içermeyen AuNP'ler, OSC aktif katmanlarına dâhil edilmiş ve tiyol-fonksiyonlu benzoksadiazol bazlı konjuge polimerlerle kovalent etkileşimler yoluyla stabilize edilmiştir. AuNP'lerin eklenmesi, ışık emilimini artırmış ve yük rekombinasyonunu azaltmış, böylece güç dönüşüm verimliliğinde (PCE) %21,4'lük bir artış sağlamıştır (2,71%'den 3,29%'a). Benzoksadiazol-tiyenopirrol alıcıları ve selenofen π-köprüleri içeren konjuge rastgele kopolimerler, ayarlanabilir bant aralıkları (1,67–1,70 eV) sergilemiştir. Bu polimerler, kısa devre akım yoğunluğu (JSC) 11,44 mA/cm², açık devre voltajı (VOC) 0,80 V ve dolum faktörü (FF) %68,81 olmak üzere maksimum %6,26 PCE elde etmiştir. Ayrıca, selenofen π-köprülerine sahip D-A polimerlerinde silikon katkısının etkisi araştırılmıştır. Elde edilen silikon içeren polimer, geliştirilmiş π-konjugasyonu, artırılmış moleküler planarlığı ve daha düşük HOMO-LUMO bant aralığı (silikon içermeyen polimer için 1,64 eV'e kıyasla 1,56 eV) sergilemiştir. Silikon içeren OSC'ler, JSC 8,60 mA/cm², VOC 0,66 V ve FF %64,04 olmak üzere %3,64 PCE göstermiştir. OLED uygulamaları için kükürt ve selenyum ile sübstitüe edilmiş triarilboron çekirdeklerine sahip TADF yayıcılar geliştirilmiştir. Bu yayıcılar, 0,007 eV kadar düşük tekil-üçlü enerji boşlukları, %85'e varan fotolüminesans kuantum verimleri ve %25,3'e kadar harici kuantum verimleri (EQE) sergilemiştir. Bağışçı birimlerin seçimi ve konformasyonel
Özet (Çeviri)
This thesis presents the design, synthesis, and characterization of advanced organic optoelectronic materials for organic solar cells (OSCs) and organic light-emitting diodes (OLEDs), with a focus on donor-acceptor (D-A) conjugated polymers, thermally activated delayed fluorescence (TADF) emitters, and gold nanoparticle (AuNP)-based nanostructures. Ligand-free AuNPs were incorporated into OSC active layers and stabilized via covalent interactions with thiol-functionalized benzoxadiazole-based conjugated polymers. The inclusion of AuNPs improved light absorption and reduced charge recombination, resulting in a 21.4% enhancement in power conversion efficiency (PCE), from 2.71% to 3.29%. Conjugated random copolymers incorporating benzoxadiazole-thienopyrrole acceptors and selenophene π-bridges exhibited tuneable bandgaps (1.67–1.70 eV). These polymers achieved a maximum PCE of 6.26%, with a short-circuit current density (JSC) of 11.44 mA/cm², an open-circuit voltage (VOC) of 0.80 V, and a fill factor (FF) of 68.81%. Further, silicon incorporation into D-A polymers with selenophene π-bridges was investigated. The resulting silicon-containing polymer exhibited improved π-conjugation, enhanced molecular planarity, and a reduced HOMO-LUMO bandgap (1.56 eV compared to 1.64 eV for the non-silicon-containing polymer). Silicon-containing OSCs demonstrated a PCE of 3.64%, with a JSC of 8.60 mA/cm², a VOC of 0.66 V, and an FF of 64.04%. TADF emitters featuring sulphur- and selenium-substituted triarylboron cores were developed for OLED applications. These emitters exhibited singlet-triplet energy gaps as low as 0.007 eV, photoluminescence quantum yields up to 85%, and external quantum efficiencies (EQE) of up to 25.3%. The selection of donor units and conformational control were shown to critically influence TADF efficiency.
Benzer Tezler
- Design, synthesis, and characterization of functional organic materials for optoelectronic applications
Optoelektronik uygulamalar için fonksiyonel organik malzemelerin dizaynı, sentezi ve karakterizasyonu
MEHMET ÖZDEMİR
Doktora
İngilizce
2018
KimyaAbdullah Gül ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN USTA
- Alkylthio-and alkynylthio-substituted phthalocyanines
Alkiltiyo- ve alkiniltiyo-sübstitüe ftalosiyaninler
SAİDA KAİPOVA
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HATİCE DİNÇER
- Fenantroimidazol bazlı malzemelerin sentezleri ve oled uygulamaları
Syntheses and oled applications of phenanthroimidazole based materials
SELİN İLTER
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ÇIRPAN
- Grafting of Polystyrene to poly(Ethylene-alt-tetrafluoroethylene) (ETFE) films by controlled RAFT polymerization in the presence of a crosslinking agent
Poli(Etilen-alt-tetrafloroetilen) (ETFE) filmlere kontrollü RAFT polimerizasyonu ile çapraz bağlayıcı bir ajan varlığında polistiren aşılanması
NAZLICAN YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Polimer Bilim ve TeknolojisiHacettepe ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BARSBAY
- Ftalosiyaninlerin fotokatalitik uygulamaları
Photocatalytic applications of phthalocyanines
ANIL BERK ERGÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET GÜL
DOÇ. DR. ALİ KILIÇ