Автореферат (1105381)
Текст из файла
На правах рукописиСосорев Андрей ЮрьевичЭФФЕКТ СОСЕДНИХ ЗВЕНЬЕВПРИ ФОРМИРОВАНИИ КОМПЛЕКСА С ПЕРЕНОСОМ ЗАРЯДАМЕЖДУ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПОЛИМЕРАМИ ИОРГАНИЧЕСКИМИ АКЦЕПТОРАМИСпециальность 02.00.06 ― высокомолекулярные соединенияАвтореферат диссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2014Работа выполнена на кафедре общей физики и волновых процессовфизического факультета Московского Государственного Университета имениМ.
В. Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук, профессорПаращук Дмитрий ЮрьевичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук, старший научный сотрудникИнститута элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова РАНГодовский Дмитрий Юльевичдоктор химических наук, ведущий научный сотрудник Физическогоинститута им. П. Н. Лебедева РАНКобрянский Валерий МихайловичВедущая организация:Институт физической химии и электрохимии им.
А. Н. Фрумкина РАНЗащита состоится 19 февраля 2015 г в 15 час. 30 мин. на заседаниидиссертационного совета Д 501.002.01 при Московском ГосударственномУниверситете имени М. В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва,Ленинские горы, д. 1, стр. 2, Физический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова,ЮФА.С диссертацией можно ознакомиться в Отделе диссертаций Научнойбиблиотеки МГУ имени М. В. Ломоносова (Ломоносовский просп., д. 27) и настранице в Интернет:http://www.phys.msu.ru/rus/research/disser/sovet-D501-002-01/Автореферат разослан ____________ 201_ г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.002.01кандидат физико-математических наукЛаптинская Т. В.2Общая характеристика работыАктуальность работыВ связи с растущими энергетическими потребностями человечества ипостепенным истощением запасов ископаемого топлива, возникаетнеобходимость поиска альтернативных способов производства электроэнергии.Одним из них является фотовольтаика – преобразование энергии солнечногосвета в электрическую с помощью солнечных батарей (СБ).
Традиционные СБоснованы на неорганических полупроводниках, например, кремнии и арсенидегаллия. Однако, хотя батареи на основе неорганических полупроводниковпоказывают высокие значения КПД, они не всегда удобны в эксплуатации, а ихпроизводство является ресурсоемким и энергоемким, что выступает причинойих высокой стоимости. Использование органических полупроводников вместонеорганических позволяет создавать легкие, гибкие, простые в производстве инедорогие органические СБ.Одним из типов органических СБ являются полимерные солнечныебатареи, в которых основным компонентом рабочего слоя являютсяполупроводниковые полимеры (ПП). ПП представляют собой макромолекулы,сочетающие механические свойства полимеров и электронные свойстваполупроводников. Полупроводниковые свойства (проводимость, поглощение ввидимой области и др.) таких полимеров обусловлены наличием в цепи πсопряжённой электронной системы.
Она формируется за счёт пространственногоперекрывания р-орбиталей атомов углерода, составляющих цепь. В результате,электроны в ПП оказываются делокализованными на протяжении участка цепи,который называется сопряженным сегментом.При фотовозбуждении ПП образуется связанное состояние электрона идырки, называемое экситоном. Для разделения экситонов на свободные заряды,которое необходимо для работы СБ, к полимеру добавляют электронныйакцептор – молекулу с бóльшим сродством к электрону, например, фуллерен.Взаимодействие между полимером и акцептором во многом определяетэффективность солнечной батареи. В то время как в наиболее эффективных насегодняшний день полимер-фуллереновых батареях полимер и акцептор оченьслабо взаимодействуют в основном электронном состоянии, в некоторых смесяхПП с планарными акцепторами наблюдается более сильное взаимодействие собразованием межмолекулярного комплекса с переносом заряда (КПЗ), вкотором в основном электронном состоянии часть электронной плотностидонора (полимера) перенесена на молекулу акцептора.
Формирование КПЗ вдонорно-акцепторной смеси существенным образом изменяет её морфологию и3фотофизику [1]. КПЗ расширяет спектр поглощения смеси в красную областьвидимого диапазона и ближний ИК-диапазон, увеличивает стабильностьполимера к фотодеградации, может влиять на разделение фаз донора иакцептора, приводить к спрямлению цепей полимера и увеличениюкристалличности пленки. При этом, комплекс может образовываться уже врастворе донорно-акцепторной смеси, из которого получают пленку рабочегослоя СБ.Недавно было обнаружено, что образование КПЗ в растворе донорноакцепторной смеси ПП имеет пороговый характер: ниже некоторой пороговойконцентрации акцептора концентрация комплекса очень мала, а выше пороганачинается интенсивное комплексообразование [2]. Такая зависимостьконцентрации КПЗ от концентрации акцептора качественно отличается отсмесей низкомолекулярных компонентов, где концентрация комплекса плавноувеличивается с увеличением концентрации акцептора.
Причиной такогоотличия, по-видимому, является делокализация электронов вдоль цепиполимера, которая может приводить к коллективным эффектам прикомплексообразовании. По сравнению с КПЗ небольших молекул, которыеисследуют уже более 60 лет, КПЗ ПП практически не изучены, хотя ихисследование представляет как фундаментальный, так и практический интерес.В данной работе особенности комплексообразования в донорно-акцепторныхсмесях ПП исследованы методами спектроскопии поглощения и тушенияфотолюминесценции, и на основе принципов статистической физики построенаколичественная модель комплексообразования.Цель работы состояла в установлении причины и закономерностейпорогового характера образования комплекса с переносом заряда междуполупроводниковым полимером и органическим акцептором и построенииколичественной модели комплексообразования.Постановка задач.
Для достижения указанной цели, необходимо былорешить следующие задачи:1. Исследовать спектры поглощения и фотолюминесценции серии донорноакцепторных смесей полупроводникового полимера поли[2-метокси-5-(2`этилгексилокси)-1,4-фениленвинилена] (MEH-PPV) с органическимакцептором тринитрофлуореноном (TNF).
Получить зависимостьконцентрации комплекса с переносом заряда (КПЗ) от концентрацииакцептора и кривую тушения фотолюминесценции полупроводниковогополимера.42. Разработать модель тушения фотолюминесценции полупроводниковогополимера в растворе донорно-акцепторной смеси, в которой формируетсяКПЗ, которая бы учитывала миграцию экситона вдоль цепи полимера иособенности зависимости концентрации КПЗ от концентрации акцептора.Сопоставить данные тушения фотолюминесценции и концентрации КПЗ врамках построенной модели с целью определения характерараспределения КПЗ по цепям полимера.3.
Построить количественную аналитическую модель комплексообразованияв растворе донорно-акцепторной смеси полупроводникового полимера приналичии эффекта соседних звеньев.4. Проанализировать данные оптического поглощения различных донорноакцепторных смесей на основе MEH-PPV и поли-3-гексилтиофена (P3HT)с помощью модели эффекта соседних звеньев. Определить энергию связиизолированного КПЗ и добавку к энергии связи за счет эффекта соседнихзвеньев в различных смесях. Выявить факторы, определяющие этивеличины.5. Развить качественную микроскопическую модель эффекта соседнихзвеньев при комплексообразовании между полупроводниковымполимером и низкомолекулярным органическим акцептором.Научная новизна работыОбразование комплекса с переносом заряда (КПЗ) междуполупроводниковым полимером и низкомолекулярным акцептором изученокрайне слабо.
Недавно было показано, что зависимость концентрации комплексаот концентрации акцептора в донорно-акцепторной смеси полупроводниковогополимера может иметь пороговый характер. Для качественного объясненияпорогового характера комплексообразования было предложено две различныегипотезы, модель клубка и гипотеза эффекта соседних звеньев, однакоколичественного описания явления предложено не было. В настоящей работепредложена методика, позволяющая исследовать распределение КПЗ по цепиполимера и выбрать из двух существующих гипотез наиболее соответствующуюэкспериментальным данным. Обнаружено, что КПЗ между полупроводниковымполимером и низкомолекулярным органическим акцептором в растворераспределены по цепям полимера неоднородно и образуют кластеры, чтосогласуется с гипотезой эффекта соседних звеньев и противоречит моделиклубка. На основании модели эффекта соседних звеньев впервые предложеноколичественное описание пороговой зависимости концентрации КПЗ отконцентрации акцептора.
Обнаружено, что в рамках модели эффекта соседнихзвеньев, данные поглощения растворов смесей MEH-PPV с акцепторами5флуоренового ряда свидетельствуют о существенном увеличении энергии связиКПЗ (около двух раз) при наличии КПЗ на соседнем сегменте цепи. Такимобразом, впервые показано, что эффект соседних звеньев может игратьсущественную роль в комплексообразовании в донорно-акцепторной смеси наоснове полупроводникового полимера. Исследовано влияние электронногосродства акцептора, растворителя, концентрации полимера и типа молекулярнойструктуры донора и акцептора на комплексообразование в донорно-акцепторныхсмесях на основе полупроводникового полимера.Научная и практическая значимостьПредложена методика исследования распределения тушителей (например,нефлуоресцирующих комплексов) по цепи полупроводникового полимера.Определение характера распределения комплексов по цепи (статистическиоднородное/неоднородное) может быть полезно для описания механизмакомплексообразования в смесях на основе полупроводниковых полимеров, атакже для создания и калибровки химических и биологических сенсоров на ихоснове.Предложена модель тушения фотолюминесценции полупроводниковогополимера.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
