Τα τελευταία χρόνια αυξάνεται ραγδαία το ερευνητικό ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας για την ανάπτυξη των φωτοβολταϊκών κυψελίδων. Η μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια συνιστά ιδανικό τρόπο για τη δημιουργία μιας μοντέρνας κοινωνίας στην οποία κύρια πηγή ενέργειας θα είναι ο ηλεκτρισμός. Τα οργανικά φωτοβολταϊκά, σε σύγκριση με τα συμβατικά ανόργανα που βασίζονται στο Si, παρουσιάζουν πλεονεκτήματα όπως η δυνατότητα επεξεργασίας τους σε διάλυμα, το χαμηλό κόστος κατασκευής, το χαμηλό βάρος, οι καλές μηχανικές ιδιότητες που συνολικά υπόσχονται μειωμένο αντίκτυπο στο περιβάλλον. Η διάταξη διεσπαρμένης ετεροεπαφής (bulk heterojunction), στην οποία το ενεργό στρώμα αποτελείται από πολυμερικούς δότες και δέκτες ηλεκτρονίων είναι ιδιαίτερα διαδεδομένη στις οργανικές κυψελίδες. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία έγινε σχεδιασμός και σύνθεση νέων ημιαγώγιμων πολυμερών με συγκεκριμένες ιδιότητες για τη χρήση τους ως πολυμερικά στρώματα δότη ηλεκτρονίων. Τόσο τα μονομερή όσο και τα πολυμερή που συντέθηκαν, σχεδιάστηκαν ώστε να φέρουν σύστημα δότη-δέκτη ηλεκτρονίων, συνδυάζοντας με αυτόν τον τρόπο εκτεταμένη συζυγία αρωματικών δακτυλίων και υψηλή απορρόφηση στο φάσμα υπεριώδους-ορατού. Αρχικά συντέθηκαν τα μονομερή, τα οποία βασίζονται σε μονάδες βενζοθειαδιαζόλης ή θειενοπυραζίνης ως δέκτες ηλεκτρονίων και μονάδες edot ή Ν-παραγώγων της καρβαζόλης, υποκατεστημένων με σουλφονομάδες, ως δότες ηλεκτρονίων. Τα μονομερή συντέθηκαν μέσω της απευθείας καταλυτικής διαρυλικής σύζευξης (Direct C-H coupling), η οποία σε σύγκριση με τις κλασικές καταλυτικές μεθόδους (Stille, Suzuki) είναι συντομότερη, οικονομικότερη και πιο οικολογική καθώς παράγονται λιγότερα τοξικά απόβλητα. Στη συνέχεια έγινε διερεύνηση και βελτιστοποίηση των συνθηκών πολυμερισμού μέσω Direct C-H coupling ώστε να ληφθούν όσο το δυνατό μεγαλύτερα μοριακά βάρη και αποδόσεις στα συντιθέμενα πολυμερή.
(EL)
In recent years, the research interest of the scientific community is rapidly increasing on the development of photovoltaic cells. The conversion of solar radiation into electricity is an ideal way to create a modern society in which the main source of energy will be electricity. Organic photovoltaics compared to conventional Si-based inorganic minerals have advantages such as their ability to process in solution, low manufacturing cost, low weight and good mechanical properties that overall promise reduced impact on the environment. The bulk heterojunction arrangement, in which the active layer consists of polymeric electron donors and polymeric electron acceptors, is particularly widespread in the organic cells. In the present postgraduate thesis, new semiconductive polymers with specific properties for use as an electron donor polymeric layer were designed and synthesized. Both synthesized monomers and polymers were designed to carry an electron donor-acceptor system, thus combining extensive aromatic ring conjugation and high absorption in the ultraviolet-visible spectrum. Initially the monomers, based on benzothiadiazole or thienopyrazine units as electron acceptors and edot or N-substituted carbazole with sulfonyl groups as electron donors, were synthesized. The monomers were synthesized via Direct C-H coupling which is briefer, more economical and ecological compared with conventional catalytic methods (Stille, Suzuki) as less toxic waste is produced. Investigation and optimization of the polymerization conditions via Direct C-H coupling was carried out afterwards to obtain as much molecular weight and yield as possible for the synthesized polymers.
(EL)
University of Patras
