Karışım heteroeklem güneş pilleri için modifiye edilmiş bazı doğal-küçük moleküllü boyaların sentezi ve optiksel özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and optical identification of some modified small molecule-natural dyes for bulk heterojunction solar cells
Yazar: GÖZDE MURAT SALTAN
Danışman: PROF. DR. HALUK DİNÇALP
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Enerji = Energy ; Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, seçilmiş bazı doğal boya ve kromoforlar, karışım hetero-eklem güneş hücresi (BHJC) uygulamalarında kullanılmak üzere türevlendirilmiştir. Özellikle biyolojik olarak tüketilebilen ve çevre açısından güvenli olan yapıların kullanılması tercih edilmiştir. Seçilen bu yapılar; özel benzimidazol grubu, izoindigo pigmenti, kibalakrot boyası, riboflavin vitamini ve tiran moru boyası ile bunların BHJC için sentezlenmiş türevlerini içerir.
Projenin ilk aşamasında, yukarıda bahsedilen beş doğal malzemenin yapısı modifiye edilerek BHJC sistemlerine uyumlu hale getirilmiştir. Yapılan modifikasyonlar arasında; boyaların eklenecek gruplarla, çözünürlüklerinin geliştirilmesi, soğurma bandlarının batokromik kayma verebilmesi, uygun bant aralığının oluşturulması yer almaktadır. Yapısal karakterizasyonları FT-IR, 1H-NMR, 13C-NMR ve kütle spektroskopisi ile gerçekleştirilmiştir. Sonuçta; 3 adet benzimidazol içeren boya, 5 adet izoindigo boya, 2 adet kibalakrot boya, 2 adet riboflavin tipi boya ve 3 adet tiran moru boya olmak üzere toplamda, 15 yeni, hedef doğal boya, BHJC cihazlarında kullanılmak üzere sentezlenmiştir. 
Projenin ikinci aşamasında, maddelerin çözelti ve film fazındaki fotofiziksel özellikleri incelenmiştir (UV-vis, floresans, uyarılmış hal dinamikleri). Band aralıkları döngüsel voltametri yöntemiyle (CV) tespit edilmiştir. Sentezlenen boyaların OPV teknolojilerindeki kullanılabilme potansiyeli, bunların ölçülen optiksel ve elektrokimyasal özellikleri dikkate alınarak tartışılmıştır. Sentezlenen yeni türevlerin BHJC sistemleri için umut verici yapılar olduğu görülmektedir.

Anahtar Kelimeler:Organik fotovoltaik, küçük moleküllü karışım hetero-eklem güneş pilleri, kibalakrot, riboflavin, izoindigo, tiran moru, benzimidazol

Abstract:
In this study, some selected natural dyes and chromophores were derivatized in order to use in bulk-heterojunction solar cell (BHJC) applications. In particular, it was preferred some special structures which were environmentally safe to use and biodegradable. These selected structures including specific benzimidazole group, isoindigo pigment, cibalackrot dye, riboflavin vitamin, tyrian purple dye and their derivatives were synthesized and prepared for BHJCs.
The first stage of this project, the structure of five above-mentioned natural materials have been modified to be compatible with BHJC systems. These modifications included some specific groups to gain some improvements into dye with basic parameters by adding special groups to improve their solubility, to shift their absorptions bathochromically, to ensure the formation of appropriate band gap. Structural characterizations were made by FT-IR, 1H-NMR, 13C-NMR and mass spectroscopy. As a result; 3 benzimidazole-containing dyes, 5 isoindigo dyes, 2 cibalackrot dyes, 2 riboflavin type dyes, and 3 tyrian purple dyes, totally, 15 novel target natural dyes have been synthesized.
The second stage of the project, photophysical properties (UV-vis, fluorescence, excited state dynamics) of the substances in solutions and on thin films were investigated. Band gaps were calculated from the cyclic voltammetry (CV) measurements. Potential appliciability of the synthesized new dyes in the BHJC technologies have been discussed according to their measured optical and electrocemical properties. These novel dyes target appear to be promising for BHJC technologies.

Keywords: Organic photovoltaic, small molecule Bulk heterojunction solar cell, cibalackrot, riboflavin, isoindigo, tyrian purple, benzimidazole