Fullerenlere alternatif yeni asetil köprülü perilendiimidlerin sentezi ve akseptör özelliklerinin fotofiziksel süreçlerle araştırılması

Abstract

Organik güneş hücresi (OGH) nde elektrik üretimi, donörün ışığı soğruması ekziton oluşumu, ekziton difüzyonu, ayrışması ve elektron transfer süreçleri, elektron ve boşlukların katot ve anotta toplanması ile gerçekleşir. Literatürde birçok farklı elektron verici (D) ve alıcı (A) malzeme geliştirilmektedir. A malzemeleri içerisinde en sık kullanılanlardan birisi fulleren ve türevleridir. Bu türevlerin üretimi oldukça zor ve yüksek maliyetlidir. Bu sebeple, literatürde son 10 yıl da, fulleren içermeyen OGHne olan ilginin arttığı görülmektedir. Perilendiimidler (PDIler), görünür bölgedeki yüksek molar soğurma katsayıları ve elektron ilgileri ile dikkat çekmektedir. Ancak, PDIlerin genel organik çözgenlerdeki çözünürlükleri düşük, agregatlaşma eğilimleri fazladır. Güçlü perilen-perilen etkileşimleri film fazında mikroboyutlara ulaşabilecek kristalitler oluşturabilmektedir. Bu durum ise, ekziton haraketliliğini ve elektron ve boşlukların elektrotlarda toplanmasını olumsuz etkilemektedir. Bu proje kapsamında, izomerik saflıkta 1,6- ve 1,7- bis[(trifenil)(4-etinil-fenil)silan)- N,N′-di(2- etilhekzil)-perilen-3, 4, 9, 10-tetrakarboksilikasit diimid [1,6 ve 1,7-Di(TPhSi)APDI] sentezlenmiş, 1H ve 13C NMR ile karakterize edilmiştir. Saf izomerlerin absorpsiyon ve fotoluminesans özellikleri, indirgenme potansiyelleri, en yüksek enerjili elektron içeren moleküler orbital ve en düşük enerjili elektron içermeyen moleküler orbital enerji seviyeleri tespit edilmiştir. Referans olarak sentezlenen N,N′-di(2-etilhekzil)-perilen-3, 4, 9, 10- tetrakarboksilikasit diimid [PDI(2EH)] ve 1,6- ve 1,7-Di-TPhSiAPDI(2EH) in çözelti ve film fazı fotofiziksel özellikleri incelenmiştir. Yeni sentezlenen PDI türevlerinin ve ticari fulleren türevinin (PCBM), ticari bir donör olan poli[N-9'-heptadekanil-2,7-karbazol-alt-5,5-(4',7'-di-2- thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)] (PCDTBT) ile çözelti ve film fazındaki etkileşimleri izlenerek, karşılaştırılmıştır. Filmlerin morjolojik özellikleri atomik kuvvet mikroskobu ölçümleri ile tespit edilmiştir. 1,7-Di-TPhSiAPDI(2EH) in agregatlaşma eğiliminin ve fotokararlılığının PDI(2EH) den düşük, soğurma dalga boyunun, elektron ilgisinin ve yaşam ömrünün PDI(2EH) den yüksek ve molar soğurma katsayısının PDI(2EH) ile aynı seviyede olduğu tespit edilmiştir. Bu özellikleri ile yeni molekülün uygun D malzeme kullanımı ile hazırlanacak OGH aygıtında, PDI(2EH) den yüksek verim vereceği düşünülmüştür.