Investigation of the effect of heteroatom and integration of boron on benzodithiophene and pyrazine containing conjugated polymers for photovoltaic applications

Bu tez kapsamında, konjüge polimerlerin fotovoltaik uygulamaları için iki farklı konu araştırılmıştır; heteroatom ve bor entegrasyonu etkisi. Bor elementi, üstün özelliklerinden dolayı alternatif enerji kaynaklarına yönelik araştırmalarda büyük ilgi görmüştür ve bor elementinin konjuge sistemlere dahil edilmesi verimli fotovoltaikleri elde etmek için önemli bir strateji olarak görülmektedir. Bu kapsamda benzoditiyofen ve pirazin içeren konjuge bir polimer sentezlenmiş ve literatürde son zamanlarda rapor edilmiş olan post-polimerizasyon borilasyon yöntemi kullanılarak bor konjuge sisteme entegre edilmiştir. Bor içermeyen (P1A) ve bor içeren (P1B) iki polimer, fotovoltaik uygulamalar için elektronik ve optik özellikleri açısından karşılaştırılmıştır. Diğer bir kavram, yani heteroatom etkisi, bir heteroatomun benzoditiyofen ve pirazin içeren rastgele konjuge polimerlerin benzazol akseptörü üzerinde değiştirilmesiyle araştırılmıştır. Burada, benzotriazol içeren RP1, benzotiadiazol içeren RP2 ve benzoselenadiazol içeren RP3 olmak üzere üç farklı rastgele polimer sentezlenmiştir. Tüm polimerler için, polimerlerin HOMO ve LUMO seviyeleri döngüsel voltametri ile yapılan elektrokimyasal çalışmalar sonucunda hesaplanmış ve optik özellikleri incelemek için UV-Vis Spektrofotometri analizleri yapılmıştır. Yapılan bu çalışmalar sonucunda tüm polimerlerin elektronik ve optik özellikleri araştırılmıştır. Bu tez çalışmasının amacı doğrultusunda, yığın heteroeklem güneş pillerinin yapımında aktif katman olarak polimer:PC71BM karışımı kullanılarak polimerlerin fotovoltaik uygulama çalışmaları yapılmıştır. Güç dönüşüm verimleri ve blend film morfolojileri araştırılmıştır. Sonuç olarak, bor içermeyen ve bor içeren polimerler için sırasıyla %0.30 eV ve %0.06 eV'lik zayıf güç dönüşüm verimi değerleri elde edilmiştir. Son olarak, rastgele polimerler için, çeşitli optimizasyonlar sonucunda en yüksek güç dönüşüm verimleri RP1 için %1.68 eV, RP2 için %1.15 eV ve RP3 için %2.14 eV olmak üzere elde edilmiştir.