Synthese von Low-Bandgap Donor-Akzeptor- Copolymeren durch Direkt-C-H-Arylierungs- Polykondensation
2019
Die Direktarylierungs-Polykondensation (DArP) stellt eine neuartige und vielversprechende Alternative zu den klassischen Aryl-Aryl-
Kupplungsmethoden, wie z.B. der Stille- oder Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplung, zur Synthese konjugierter Polymere dar. Die Methode kommt ohne
Funktionalisierung der Monomere mit teuren metallorganischen Verbindungen aus und erfordert keine langwierigen Reinigungsverfahren. Die
Herstellung der Polymere uber diese Methode ist daher weniger aufwendig, kostengunstiger und verhindert die Verwendung und Entstehung
toxischer, metallorganischer (Neben-)Produkte.
Im Rahmen dieser Dissertation wurden aus der Literatur bekannte, in Solarzellenanwendungen hocheffiziente, konjugierte Copolymere uber
Direktarylierungs-Polykondensation hergestellt und mit denen uber die "traditionellen" Synthesemethoden synthetisierten alternierenden
Copolymere verglichen. Durch die Auswahl geeigneter Katalysatoren, Liganden sowie Additiven und Losemitteln wurde die Selektivitat der
Kreuzkupplung fur die strukturell ahnlichen Polymere hinsichtlich der Bildung von ungewunschten Homokupplungsdefekten optimiert. Der
Fokus fur die Optimierung der Reaktionsbedingungen wurde anfanglich auf die beiden Copolymere PBTff4T-2OD und PffBT4T-2OD
gelegt. Im weiteren Verlauf wurden die ermittelten Reaktionsparameter auf die Kondensationsreaktionen zur Darstellung der Copolymere
PBnDT-DTffBT, PBDT-DTffBT und PBDB-T ubertragen. Zu Beginn wurden die in der Literatur beschriebenen
Reaktionsparameter von Ozawa bzw. Fagnou und Mitarbeitern und deren Weiterentwicklungen durch andere Arbeitsgruppen
angewendet. Weiterfuhrend wurden neu designte, sterisch anspruchsvolle Phosphin-Liganden nach Leclerc angewendet. Die D-A-
basierten Copolymere zeigen fur PBTff4T-2OD, PffBT4T-2OD und PBnDT-DTffBT vergleichbare optische Eigenschaften mit
den Referenzmaterialien aus der Literatur. Fur die anderen Polymere PBDT-DTffBT und PBDB-T wurden jedoch durch strukturelle
Defekte (z.B. Homokupplungsdefekte) in der Polymerkette ein unterschiedliches Absorptionsverhalten beobachtet. Das Aggregationsverhalten
der Polymerketten reagierte dabei besonders empfindlich auf die Anwesenheit solcher Defekte.
Die elektronischen Eigenschaften der Copolymere wurde durch den Einbau in invertierte, organische Solarzellen untersucht. Hierbei
zeigten sich fur alle Polymere geringe Effizienzen im Vergleich zu den in der Literatur beschriebenen Solarzell-Bauelementen mit gleichem
Aufbau.
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