Design, syntheses and structure-property relationships of benzazole and isoindigo comprising conducting polymers
Benzazole ve izoindigo içeren iletken polimelerin dizaynı, sentezi ve yapı-özellik ilişkileri
Yazar: SEZA GÖKER
Danışman: PROF. DR. LEVENT KAMİL TOPPARE ; DOÇ. DR. EMRULLAH GÖRKEM GÜNBAŞ
Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: İletken polimerler = Conducting polymers

Özet:
Donor–akseptör (D–A) tipi konjüge polimerler organik ışık yayan diyotlar, güneş pilleri, elektrokromik cihazlar ve organik transistörler gibi çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Benzazole içeren iletken polimerler kuvvetli intramoleküler yük transfer özelliği ve yüksek fotovoltaik performasından dolayı düşük bant aralıklı donör malzemeler olarak kullanabildiği için son yıllarda popüler olmuşlardır. Kuvvetli elektron alıcı ve verici özelliğe sahip üniteler, D-A tipi polimerlerin bant aralığı ve HOMO enerji seviyesini düşürmek için gereklidirler. Akseptör ünitelerine alkoksi grupların ikame edilmesi polimelerin daha iyi çözünürlüğe ve daha yüksek moleküler ağırlığa sahip olmalarını sağlarken flor atomunun ikame edilmesi elektron yoğunluğunu azaltarak akseptör ünitelerinin daha kuvvetli hale gelmesini sağlar. Bu tezde, 2,1,3-benzazol ünitelerine hem flor hem de alkoksi grupları ikame edilmiştir. Benzazole ve izoindigo yapı-özellik ilişkisini incelemek amacıyla Stille ve Suzuki kenetlenme reaksiyonları kullanılarak donör üniteleri ile eşleştirilmiştir. Diğer yandan, çevre dostu bir metot olan Doğrudan Heteroarilasyon Polimerleştirme (DHAP) yöntemi ile yeni polimerler elde edilmiştir. Değişik donör ve akseptör üniteleri eşleştirilerek polimerlerin yapı-özellik ilişkileri incelenecek ve polimerler optoelektronik uygulamalarda kullanılacaktır. Polimerlerin molekül ağırlığı GPC analizi ile incelenmiştir. İndirgenme ve yükseltgenme davranışları dönüşümlü voltametri ile çalışılmıştır. Polimerler optoelektronik uygulamalarda aktif tabaka olarak kullanılmıştır. Termal ve çözelti tavlama yöntemlerinin morfolojiye etkisine bakılmıştır. Kalınlık ve morfoloji optimizasyonundan sonra, pilin üretimi ve akım/gerilim özelikleri azot dolu eldivenli kabin sisteminde gerçekleştirilmiştir. Güneş pillerinin (ITO/PEDOT: PSS/polimer:PCBM/ metal) analizleri güç çevirim verimi AM 1,5G aydınlatma ile hesaplanmıştır

Abstract:
Donor–acceptor (D–A) conjugated polymers have been widely used for potential applications such as organic light emitting diodes, solar cells, electrochromic devices and organic field effect transistors. Benzazole comprising conducting polymers are popular for the last few decades since they can be used as low-band-gap donor materials because of their strong intramolecular charge transfer characteristics and excellent photovoltaic performances. Strong electron-donating and withdrawing building blocks are necessary to lower the band gaps and HOMO energy levels of D–A polymers. Alkoxy substitution to the acceptor groups provides polymers better solubility and higher molecular weight whereas fluorine substitution increases the strength of the acceptors via lowering electron density. In this thesis, 2,1,3-benzazole moieties were substituted with alkoxy and fluorine groups. Benzazole and isoindigo were coupled with several donor groups via both Stille and Suzuki polycondensation reactions to investigate structure-property relationships. On the other hand, Direct Heteroarylation Polymerization (DHAP) was also performed to obtain new polymers via an eco-friendly method. Molecular weights of polymers were investigated with GPC analysis. Oxidation and reduction behavior of the polymers were conducted using cyclic voltammetry. Polymers were used as active layers in optoelectronic applications. The effect of thermal and solvent annealing on morphology were determined. After optimizing thickness and morphologies of polymer:PCBM, device production and current/voltage property measurements were performed in a nitrogen-filled glove box system. The analysis of the photovoltaic devices ITO/ PEDOT:PSS/ Polymer: PCBM/ Metal) were achieved by means of the energy conversion efficiency measured under standard AM 1.5G illumination.