Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/11435
Title: Ημιαγώγιμα πολυμερή δότη-δέκτη με εκτεταμένη συζυγία δακτυλίων θειοφαινίου
Other Titles: Semiconductive donor acceptor polymers bearing extended conjugation of thiophene rings
Authors: Νικολόπουλος, Γεώργιος
Keywords: Οργανικά φωτοβολταϊκά
Ημιαγώγιμα πολυμερή
Πολυμερή χαμηλού ενεργειακού χάσματος
Σύζευξη Suzuki
Σύζευξη Stille
Άμεση ετεροαρυλίωση
Δότης ηλεκτρονίων
Συμπολυμερή δότη-δέκτη
Keywords (translated): Organic photovoltaics
Semiconductive polymer
Low bandgap polymer
Suzuki coupling
Stille coupling
Direct heteroarylation
Electron donor
Push-pull copolymers
Abstract: Μία από τις πλέον υποσχόμενες μορφές ανανεώσιμης ενέργειας είναι η ηλιακή ενέργεια. Για την αξιοποίησή της απαιτούνται διατάξεις που αποκαλούνται φωτοβολταϊκές κυψελίδες. Οι συμβατικές φωτοβολταϊκές κυψελίδες βασίζονται σε ανόργανα υλικά. Τα τελευταία χρόνια, παρατηρείται ραγδαία ανάπτυξη φωτοβολταϊκών κυψελίδων που βασίζονται σε οργανικά και πολυμερικά υλικά. Οι κυψελίδες αυτές υπερέχουν σε σχέση με τις ανόργανες καθώς είναι πιο οικονομικές στην κατασκευή τους, είναι εύκολα επεξεργάσιμες, είναι «εκτυπώσιμες», εύκαμπτες και μπορούν να είναι και διάφανες. Ωστόσο, υστερούν σε φωτοβολταϊκές αποδόσεις, γεγονός που έχει στρέψει το ενδιαφέρον της ερευνητικής κοινότητας στην προσπάθεια για αύξηση των αποδόσεών τους. Η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη μορφολογία των κυψελίδων αυτών ονομάζεται μορφολογία διεσπαρμένης ετεροεπαφής (bulk heterojunction), όπου ένας πολυμερικός δότης ηλεκτρονίων συνδυάζεται με έναν δέκτη ηλεκτρονίων. Στα πλαίσια της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας έγινε σχεδιασμός και σύνθεση νέων ημιαγώγιμων πολυμερών χαμηλού ενεργειακού χάσματος για χρήση ως δότες ηλεκτρονίων σε φωτοβολταϊκές κυψελίδες . Συγκεκριμένα, συντέθηκαν δύο νέα πολυμερή βασισμένα σε μονάδες καρβαζόλης και βενζοθειαδιαζόλης τα οποία φέρουν εκτεταμένη συζυγία δακτυλίων θειοφαινίου με στόχο την αυξημένη απορρόφηση στο φάσμα του υπεριώδους- ορατού. Συντέθηκαν αρχικά τα κατάλληλα μονομερή και μελετήθηκαν οι συνθήκες πολυμερισμού. Για τις συνθέσεις χρησιμοποιήθηκαν αντιδράσεις σύζευξης αρωματικών και ετεροαρωματικών πυρήνων, όπως οι αντιδράσεις Suzuki και Stille. Ακόμα, μελετήθηκε η αντίδραση άμεσης ετεροαρυλίωσης μέσω ενεργοποίησης δεσμού C-H (C-H Direct Hetero-Arylation), η οποία εφαρμόστηκε τόσο στη σύνθεση μονομερών όσο και στους πολυμερισμούς. Έγιναν προσπάθειες βελτιστοποίησης του μοριακού βάρους των συντεθέντων πολυμερών και της απορρόφησής τους στο φάσμα του υπεριώδους- ορατού. Τα νέα υλικά (μονομερή και πολυμερή) μελετήθηκαν και χαρακτηρίστηκαν ως προς τις δομικές και οπτικές τους ιδιότητες.
Abstract (translated): One of the most promising renewable energy sources is solar energy. To harvest solar energy, devices called solar cells are needed. Conventional solar cells make use of inorganic materials. Over the past years, there has been a rapid development of a new generation of solar cells, which are based on organic or polymeric materials. Organic solar cells surpass the inorganic ones in terms of production cost and processability, while they also are printable and can be transparent. The photovoltaic efficiencies of organic solar cells however are inferior to inorganic. This fact has intensified the research efforts in improving the efficiency of organic solar cells. Among the family of organic solar cells, the most widely used morphology is the bulk heterojunction, where a polymeric electron donor is combined with a fullerenic electron acceptor. In this work, new semi-conductive, low-bandgap polymers were designed and synthesized, with the aim to be utilised as electron donors in organic solar cells. Specifically, two new polymers were synthesized. These two polymers bear units of carbazole and benzothiadiazole, as well as extended conjugation of thiophene rings, aiming to an increased absorbance in the ultraviolet-visible region. After, synthesizing the corresponding monomers, the polymerization conditions were examined. Cross-coupling reactions were used for both the synthesis of monomers and polymerizations. These reactions include the Suzuki coupling and the Stille coupling, while the C-H activated direct heteroarylation reaction was also investigated in this context. Attempts to optimize the molecular weight and the UV-Vis absorbance of the polymers were also made. The newly synthesized materials (monomers and polymers) were characterized both physically and structurally.
Appears in Collections:Τμήμα Χημείας (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nemertes_Nikolopoulos(chem).pdf5.02 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons