Synthesis and characterization of benzodithiophene containing conjugated polymers for organic bulk heterojunction solar cells
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, KİMYA ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: SULTAN TAŞKAYA ASLAN
Danışman: Ali Çırpan
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
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.