Σχεδιασμός και ανάπτυξη νέων συζυγιακών πολυμερών για εφαρμογή σε οργανικές φωτοβολταϊκές διατάξεις

Abstract

In the present PhD thesis alternating copolymers based on indacenodithiophene (IDT) andindacenodithienothiophene (IDTT) monomers were thoroughly studied. Various alternatingcopolymers bearing high energy band gaps were designed theoritacally, synthesizedexperimentally and characterized via specific characterization methods based on the IDT andIDTT monomers as donors and using the following monomers as acceptors: 1. Thienopyrrolodione units for the series of alternating copolymers of the XPL series (codenames: XPL1-XPL6). The major reason was to study the effect of the ligands natureparameter. 2. Thiadiazinone and thiadiazinone moieties for the alternating copolymers of the Π series (codename: Π1-Π8). These copolymers were different based on the ligand nature (phenyl- orthienyl-) on the IDT monomer or the thiadiazine derivative (pentafluoro-thiadiazimine orthiadiazinone) or the existence of thiophene molecules or not between the IDT and thiadiazinemonomers in order to study the effect of the ligand nature paprmater as well as thebimolecular interactions paprameter. 3. Quinoxaline monomers for the alternating copolymers of the K series (code name: Κ1-Κ3) inorder to study the effect on the bond length alternation parameter by the addition of thiopheneand thiazole molecules on the main macromolecular backbone. Furthermore, in order to studythe effect of the molecular weight on the final properties alternating copolymers weresynthesized with IDT and quinoxaline monomer in different molecular weights (samples withcode names: cc006_HMW, cc006_MMW, cc006_LMW. Also the guinoxaline unit were usedbarying one or two fluorine atoms in order to study the effect of the rotation angle parameteras well as the ligand nature parameter. 4. Benzothiadiazole monomer and it’s derivatives were used in the synthesis of new typealternating copolymers with IDT and IDTT respectively in order to study the effect of a newnegatively charged monomer except from the widely used guinoxaline. The samples preparedwere of the CTL series (code name: CTL1-CTL6). The effect of the negatively chargedspecies parameter as well as that of the ligand nature were excessively studied

Στη παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκαν εναλλασσόμενα συμπολυμερή που βασίζονται σταμονομερή του ιντακενοδιθειοφαινίου (IDT) και ιντακενοδιθειενοθειοφαινίου (ΙDTT). Σχεδιάστηκαν,συντέθηκαν και χαρακτηρίστηκαν με πλήθος τεχνικών χαρακτηρισμού εναλλασόμενα συμπολυμερή κυρίως υψηλού ενεργειακού χάσματος με δότες τα μονομερή των IDT και ΙDTT και χρησιμοποιώντας ως δέκτες τα εξής:1. Τα μονομερή της θειενοπυρρολοδιόνης στην σειρά των συμπολυμερών με κωδική ονομασίαXPL1-XPL6 με στόχο να επηρεαστεί ο παράγοντας της φύσης των υποκαταστατών (Ευπ)2. Τα μονομερή της θειαδιαζινόνης και θειαδιαζινόνης στην σειρά των συμπολυμερών με κωδική ονομασία Π1-Π8. Τα συμπολυμερή αυτά διαφοροποιήθηκαν ανάλογα με το είδος του υποκαταστάτη (φαίνυλο ή θειένυλο) του ιντακενοδιθειοφαινίου ή το παράγωγο της θειαδιαζίνης (πενταφθορο-θειαδιαζιμίνη ή θειαδιαζινόνη) ή την υπάρξη θειοφαινίου ή μη μεταξύ των μονομερών του ιντακενοδιθειοφαινίου και της θειαδιαζίνης με στόχο να μελετηθεί ο παράγοντας της φύσης των υποκαταστατών (Ευπ) αλλά και οι διαμοριακές αλληλεπιδράσεις(Εδα). 3. Το μονομερές της κινοξαλίνης στην σειρά των συμπολυμερών με κωδική ονομασία Κ1-Κ3 με στόχο να μελετηθεί η επίδραση στον παράγoντα της εναλλαγής στο μήκος των δεσμών (Εμδ) με την προσθήκη θειοφαινείων αλλα και θειαζόλης στην κύρια αλυσίδα. Στην συνέχεια συντέθηκαν συμπολυμερή με το μονομερές της κινοξαλίνης σε διαφορετικά μοριακά βάρη στην σειρά των συμπολυμερών με κωδική ονομασία (cc006_HMW, cc006_MMW,cc006_LMW) με στόχο να μελετηθεί η επίδραση του μοριακού βάρους (ΜΒ). Επίσης χρησιμοποιήθηκε το μονομερές της κινοξαλίνης με την εισαγωγή ενός ατόμου F αλλά και δύο ατόμων F με σκοπό να μελετηθεί η επίδραση της γωνίας περιστροφής (Εγπ) αλλά και των πλευρικών υποκαταστατών (Ευπ). 4. Το μονομερές της βενζοθειαδιαζόλης με σκοπό να μελετηθεί η επίδραση ενός νέου ηλεκτραρνητικού μονομερούς εκτός της κινοξαλίνης στην σειρά των συμπολυμερών με κωδική ονομασία CTL1-CTL6 με σκοπό να επηρεαστεί ο παράγοντας της ηλεκτραρνητικότητας αλλά και της φύσης των υποκαταστατών (Ευπ).