Диссертация (1105382)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТим. М.В.ЛОМОНОСОВА__________________________________________________________________ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиСОСОРЕВ АНДРЕЙ ЮРЬЕВИЧЭФФЕКТ СОСЕДНИХ ЗВЕНЬЕВ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ КОМПЛЕКСАС ПЕРЕНОСОМ ЗАРЯДА МЕЖДУ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИПОЛИМЕРАМИ И ОРГАНИЧЕСКИМИ АКЦЕПТОРАМИ02.00.06 - высокомолекулярные соединения01.04.07 – физика конденсированного состоянияДиссертацияна соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководительдоктор физико-математических наукпрофессор Д.Ю. ПаращукМосква — 2014 г.1СодержаниеСодержание ..............................................................................................................

2Список сокращений ................................................................................................ 4Введение ................................................................................................................... 5Цель работы ..................................................................................................... 11Задачи работы ..................................................................................................

11Защищаемые положения ................................................................................ 12Научная новизна .............................................................................................. 13Структура и объем работы .............................................................................

14Апробация работы........................................................................................... 15Личный вклад автора ...................................................................................... 16Глава 1. Структура и фотофизика донорно-акцепторных композитовна основе полупроводниковых полимеров (Обзор литературы) .................... 181.1 Свойства полупроводниковых полимеров ............................................. 181.2 Фотофизика ПП. Донорно-акцепторные смеси ..................................... 221.3 Комплекс с переносом заряда .................................................................. 251.4 Влияние комплексообразования на фотофизику и морфологиюдонорно-акцепторной смеси ....................................................................

371.5 Особенности образования КПЗ в смеси полупроводниковогополимера MEH-PPV с органическим акцептором TNF ....................... 421.6 Тушение фотолюминесценции ................................................................ 471.7 Эффект соседних звеньев ......................................................................... 52Глава2.Тушениефотолюминесценцииврастворесмесиполупроводникового полимера и органического акцептора ...........................

542.1 Методика эксперимента ........................................................................... 552.2 Экспериментальные результаты .............................................................. 582.3 Модель: обобщенное уравнение Штерна-Фольмера............................. 622.4 Анализ результатов и их обсуждение .....................................................

672.5 Основные результаты и выводы .............................................................. 722Глава 3. Модель распределения КПЗ по цепи полупроводниковогополимера с учетом эффекта соседних звеньев ................................................... 733.1 Экспериментальные данные .................................................................... 733.2 Аналитическая модель эффекта соседних звеньев................................ 763.3 Анализ модельных кривых ...................................................................... 823.4 Численное моделирование .......................................................................

853.5 Анализ данных поглощения смесей MEH-PPV:TNF………………….893.6 Основные результаты и выводы .............................................................. 92Глава 4.Анализ данных спектроскопии поглощения растворовсмесей полупроводниковый полимер/акцептор ................................................ 934.1 Возможные микроскопические механизмы эффекта соседнихзвеньев ........................................................................................................ 944.2 Экспериментальная методика .................................................................. 984.3 Спектры поглощения смесей ................................................................. 1004.4 Анализ зависимости поглощения КПЗ от концентрацииакцептора в рамках модели эффекта соседних звеньев ..................... 1054.5 Анализ результатов и их обсуждение. ..................................................

1194.6 Основные результаты и выводы ............................................................ 121Заключение .......................................................................................................... 123Литература ........................................................................................................... 127Благодарности…………………………………………………………………..1403Список сокращенийКПД – коэффициент полезного действияКПЗ – комплекс с переносом зарядаПП – полупроводниковый полимерФЛ – фотолюминесценцияВЗМО – верхняя занятая молекулярная орбитальНВМО – нижняя вакантная молекулярная орбитальMEH-PPV – поли[2-метокси-5-(2`-этилгексилокси)-1,4-фениленвинилен]P3HT – поли-3-гексилтиофенTNF – 2,4,7-тринитрофлуоренонDNAQ – динитроантрохинонTCNQ – 7,7,8,8-тетрацианохинодиметанF4-TCNQ – 2,3,5,6-тетрафтор-7,7,8,8-тетрацианохинодиметанPCBM – 1-(3-метоксикарбонилпропил)-1-фенил[6,6]метано[C60]-фуллерен4ВВЕДЕНИЕВ связи с растущими энергетическими потребностями человечества ипостепеннымистощениемнеобходимостьпоисказапасовископаемогоальтернативныхтопливаспособоввозникаетпроизводстваэлектроэнергии.

Одним из них является фотовольтаика – получениеэлектроэнергии из энергии солнечного света с помощью солнечных батарей.Наиболееэффективныесолнечныефотоэлементыоснованынанеорганических полупроводниках и обладают достаточно высоким КПД 44% (см. Рис. 1). Однако, неорганические солнечные батареи имеют рядсущественных недостатков: большая масса, хрупкость, большой расходматериала и энергии для их производства и, следовательно, высокаястоимость.Органическиесолнечныебатареипредставляютсобойперспективную альтернативу традиционной неорганической фотовольтаике.Несмотря на достаточно низкий КПД (максимальный КПД составляет 12%),они имеют ряд преимуществ: малый вес, гибкость, малый расход материала,простота изготовления и потенциально низкая стоимость. В связи с этим,интерес к органическим солнечным батареям все более возрастает.

Рис. 1свидетельствует о том, что развитие органической фотовольтаики (красныекругии треугольники) показывает весьма высокие темпы роста посравнению с другими типами солнечных батарей.Основой органических солнечных фотоэлементов являются донорноакцепторные смеси. Наиболее интенсивно исследовались фотоэлементы, вкоторыхдонором(сопряженные)и/илиполимерыакцептором(ПП).являетсяЭффективностьполупроводниковыеоднопереходныхфотоэлементов на основе полупроводниковых полимеров составляет 7-9% [12], а рекордный КПД каскадных фотоэлементов превышает 10%.5Рис.

1. Рекордные эффективности солнечных фотоэлементов различных типов (данныеNational Renewable Energy Laboratory, [3]). Рекордные эффективности органическихсолнечных батарей показаны красными кружками.Полупроводниковые полимеры сочетают в себе механические свойствавысокомолекулярныхсоединенийсоптическимииэлектроннымисвойствами полупроводников, что и делает их весьма привлекательнымиматериалами для органической фотовольтаики и электроники.

В частности,они могут обладать высокой электрической проводимостью и сильнымоптическим поглощением в видимом спектральном диапазоне. Наличиеполупроводниковых свойств обусловлено делокализацией электронов вдольцепи ПП за счет перекрытия р-орбиталей составляющих цепь атомов.Припоглощенииквантасветаполупроводниковымполимером,формируется связанное состояние электрона и дырки – молекулярныйэкситон. Однако, энергия связи молекулярного экситона в ПП, в отличие отэкситона Ванье-Мотта в неорганических полупроводниках, существенно6превышает энергию температурных флуктуаций. Таким образом, вероятностьраспада экситона на свободные заряды – ключевого процесса в работесолнечной батареи – в чистом ПП крайне низка.

Для эффективногоразделения зарядов, ПП смешивают с веществом, обладающим болеевысоким сродством к электрону – электронным акцептором. ПП поотношению к акцептору является донором электронов. Благодаря разностиуровней энергии электрона на доноре и акцепторе, на границе раздела(интерфейсе) происходит распад экситона на электрон и дырку. Следуетотметить, что возможно создание донорно-акцепторных композиций, вкоторых ПП является акцептором электронов, а донором являетсянизкомолекулярное вещество, однако такие солнечные фотоэлементыобычно малоэффективны вследствие малой подвижности электронов иотносительно высокой реакционной способности ПП с высоким сродством кэлектрону.Несмотря на очевидные успехи органической фотовольтаики (за 10 летКПД органических фотоэлементов вырос с 2% до 11-12%, см. Рис.

1), многиефундаментальныевопросыформированияифотофизикидонорно-акцепторных смесей ПП во многом не ясны. В частности, такие вопросы какразделение, рекомбинация и транспорт зарядов, связь между свойствамираствора и пленки, факторы, определяющие напряжение холостого хода и др.находятся в центре интенсивных дискуссий.В некоторых донорно-акцепторных композициях ПП между донором(ПП) и акцептором может формироваться межмолекулярный комплекс спереносомзаряда(КПЗ)восновномэлектронномсостоянии.Сквантовомеханической точки зрения, такой комплекс образуется за счетсмешивания волновых функций двух состояний: состояния нейтральныхдонора и акцептора и состояния с полным переносом электрона от донора какцептору (ион-радикальной пары).

Формирование КПЗ существеннымобразом изменяет фотофизику и морфологию смеси [4]: появляется новаяширокая полоса поглощения в области прозрачности полимера и акцептора7[5-6], увеличивается стабильность к фотоокислительной деградации [7].Комплексообразованиеможетсущественнымобразомизменятьконформацию цепи [8] и морфологию пленки донорно-акцепторной смеси. Вчастности, недавно было показано, что оно может приводить к повышениюструктурного порядка в пленке и появлению областей кристалличности [910].

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.

Список файлов диссертации