Σύνθεση Και Χαρακτηρισμός Οργανικών Ημιαγωγών Και Εφαρμογή Τους Σε Φωτοβολταϊκές Διατάξεις

Abstract

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποβλέπει στην σύνθεση ημιαγώγιμων πολυμερών με τροποποιημένη δομή (π.χ. ως συμπολυμερή) σε σχέση με γνωστά ημιαγώγιμα πολυμερή (πχ. ομοπολυμερή) που να ανήκουν στα διαλυτά πολυμερή, πράγμα που επιτρέπει την ευκολότερη μορφοποίησή τους σε σχέση με τα αδιάλυτα πολυμερή. Μια επιπλέον κατεύθυνση αυτής της έρευνας αποτελούν τα νανοδομημένα ημιαγώγιμα πολυμερή, τα οποία άρχισαν να ερευνώνται διεθνώς τα τελευταία χρόνια. Ταυτόχρονα το τελικό ημιαγώγιμο πολυμερές (συμπολυμερές) επιδιώκεται να είναι κατά το δυνατόν φθηνό, ώστε να παρέχεται η δυνατότητα για μελλοντικές ευρύτερες τεχνολογικές εφαρμογές.Συγκεκριμένα παρασκευάζονται ηλεκτρικά αγώγιμα συμπολυμερή, καθώς και τα αντίστοιχα ομοπολυμερή, με ηλεκτροπολυμερισμό του 3-οκτυλθειοφαινίου με το διφαινύλιο σε ισομοριακή αναλογία των δύο μονομερών, καθώς επίσης τα ομοπολυμερή παρασκευάζονται και με χημικό πολυμερισμό. Οι δυο αυτές κατευθύνσεις συνθέσεως των ομοπολυμερών και συμπολυμερών επεκτείνονται περαιτέρω, αφενός αυτή του χημικού πολυμερισμού στην κατεύθυνση της παραγωγής πολυμειγμάτων με χρησιμοποίηση ενός «συνδετικού» πολυμερούς του πολυ(μεθακρυλικού μεθυλίου) και αφετέρου αυτή του ηλεκτροπολυμερισμού στην κατεύθυνση των νανοδομημένων ημιαγώγιμων πολυμερών. Αυτά τα πολυμερή χαρακτηρίζονται με κατάλληλες μεθόδους, ενώ η μεθοδολογία που ακολουθείται για την επίτευξη των στόχων της Διατριβής παρουσιάζεται και μέσω Διαγραμμάτων ροής σχετικά με τα Υλικά, τις Διεργασίες και τις Μεθόδους χαρακτηρισμού των υλικών. Η παρούσα έρευνα ανήκει στο πεδίο των ηλεκτρικά αγώγιμων πολυμερών καθώς και των νανοδομημένων υλικών. Ειδικότερα, έγινε παραγωγή των παρακάτω υλικών (Ι-ΙV) και κατασκευή διατάξεως φωτοβολταϊκών κελίων (V). Ι. Παραγωγή ημιαγωγών βάσεως αρωματικού δακτυλίου με την μέθοδο του χημικού πολυμερισμού (μορφής κόνεων) : Σύνθεση και ντοπάρισμα πολυμερών ΙΙ. Παραγωγή ημιαγώγιμων πολυμειγμάτων (polyblends) του συστήματος πολυ(μεθακρυλικού μεθυλίου) / πολυ(3-οκτυλθειοφαινίου) / διαλυτών πολυφαινυλενίων χημικά παρασκευαζόμενωνΙΙΙ. Παραγωγή ημιαγωγών βάσεως αρωματικού δακτυλίου με την μέθοδο του ηλεκτροχημικού πολυμερισμού (μορφής παχέων υμενίων)ΙV. Παραγωγή ημιαγωγών βάσεως αρωματικού δακτυλίου με την μέθοδο του ηλεκτροχημικού πολυμερισμού / διάλυση σε διαλύτη / τεχνική επικάλυψης με περιστροφή (μορφής λεπτών υμενίων) : νανοδομημένα ημιαγώγιμα πολυμερή V. Κατασκευή και έλεγχος φωτοβολταϊκών κελίωνΤα συμπολυμερή του 3-οκτυλθειοφαινίου με το διφαινύλιο παρουσιάζουν διαφορετική δομή και ιδιότητες σε σχέση με τα αντίστοιχα ομοπολυμερή, πλησιάζοντας περισσότερο το ομοπολυμερές 3-οκτυλθειοφαίνιο. Τα συμπολυμερή έχουν υψηλότερη ηλεκτρική αγωγιμότητα από αυτήν του ομοπολυμερούς PP και ελαφρώς χαμηλότερη από αυτήν του ομοπολυμερούς P3OT, ενώ είναι διαλυτά σε περισσότερους διαλύτες σε σχέση με το P3OT (και βέβαια ως προς το PP). Ταυτόχρονα τα συμπολυμερή είναι πολύ πιο φθηνά από το P3OT (καθόσον το μονομερές 3-οκτυλθειοφαίνιο είναι 19 φορές ακριβότερο από το μονομερές διφαινύλιο), γεγονός πολύ σημαντικό για ενδεχόμενες εφαρμογές των υλικών σε μεγάλη κλίμακα. Επίσης τα συμπολυμερή μαζί με το ομοπολυμερές (P3OT) μετά από διάλυση σε κατάλληλο διαλύτη και με την τεχνική της επικάλυψης με περιστροφή μπορούν να σχηματίσουν νανοδομημένα ημιαγώγιμα λεπτά υμένια, για εφαρμογές ως ενεργά τμήματα σε διάφορες νανοδιατάξεις, όπως διόδους εκπομπής φωτός, τρανσίστορς επίδρασης πεδίου, ηλιακά κελία κλπ.