Merocyanine Dyes as Organic Semiconductors for Vacuum-processed Solar Cell and Transistor Devices

Merocyaninfarbstoffe als organische Halbleiter für vakuumprozessierte Solarzellen und Transistoren

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-129096
  • The present thesis comprises the synthesis of new functional merocyanine dyes, the study of their electro-optical properties as well as solid state packing and their application as p-type semiconductor materials in transistor and solar cell devices. The absorption properties of the obtained compounds could be modified by variation of the donor unit, the introduction of electron-withdrawing substituents in the acceptor unit or elongation of the polymethine chain. For a particular dye, the absorption band could be shifted by more than 160 nm byThe present thesis comprises the synthesis of new functional merocyanine dyes, the study of their electro-optical properties as well as solid state packing and their application as p-type semiconductor materials in transistor and solar cell devices. The absorption properties of the obtained compounds could be modified by variation of the donor unit, the introduction of electron-withdrawing substituents in the acceptor unit or elongation of the polymethine chain. For a particular dye, the absorption band could be shifted by more than 160 nm by increasing the solvent polarity due to a conformational switch between a merocyanine-like and a cyanine-like structure. Single crystal analyses revealed that the studied dyes tend to pack either in an antiparallel fashion forming dimers with no overall dipole moment or in a staircase-like pattern where the dipole moments point to the same direction and are only balanced by another staircase oriented in the opposite direction (stair dimer). With respect to application as semiconductor materials, the latter packing arrangement resulted most favorable for charge carrier mobility. We concluded that this packing motif is preserved in the solar cell devices, where the selenium-containing dye afforded the highest performance of this series for an optimized planar-mixed heterojunction solar cell (6.2 %).show moreshow less
  • Die vorliegende Arbeit beschreibt die Synthese neuer funktioneller Merocyaninfarbstoffe sowie die Studie ihrer elektro-optischen Eigenschaften, ihrer Packungsmotive im Festkörper und deren Anwendung als p-Halbleitermaterialien in Transistoren und Solarzellen. Die optischen Eigenschaften der erhaltenen Moleküle konnten durch Variation der Donoreinheiten, Einführung elektronenziehender Substituenten am Akzeptorgerüst oder durch Verlängerung der Polymethinkette modifiziert werden. Im Fall einer außergewöhnlichen Verbindung konnte die Absorption umDie vorliegende Arbeit beschreibt die Synthese neuer funktioneller Merocyaninfarbstoffe sowie die Studie ihrer elektro-optischen Eigenschaften, ihrer Packungsmotive im Festkörper und deren Anwendung als p-Halbleitermaterialien in Transistoren und Solarzellen. Die optischen Eigenschaften der erhaltenen Moleküle konnten durch Variation der Donoreinheiten, Einführung elektronenziehender Substituenten am Akzeptorgerüst oder durch Verlängerung der Polymethinkette modifiziert werden. Im Fall einer außergewöhnlichen Verbindung konnte die Absorption um mehr als 160 nm verschoben werden, indem die Lösemittelpolarität erhöht wurde. Diese Verschiebung entspricht einem Konformationswechsel zwischen einer merocyaninartigen zu einer cyaninartigen Struktur. Einkristallstrukturanalysen zeigten für mehrere Substanzen ein antiparalleles Packungsmuster, welches die Aufhebung des Dipolmoments auf der supramolekularen Ebene bewirkt. Die entstandenen Dimere können je nach Substituenten entweder isoliert vorliegen oder eindimensionale Stapel bilden. Andere Substanzen zeigten jedoch ein bisher unbekanntes Packungsmuster, in welchem sich die Moleküle mit parallelen Dipolmomenten in einer treppenartigen Struktur aufeinander stapeln. Das makromolekulare Dipolmoment der Treppe wird hierbei durch eine benachbarte Treppe, welche in Gegenrichtung orientiert ist, ausgeglichen. Dieses neue Packungsmotiv eignete sich sehr für guten Ladungstransport, wodurch der Wirkungsgrad einer optimierten Solarzelle des Selenderivats auf bis zu 6.2 % gesteigert werde konnte.show moreshow less

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Metadaten
Author: Alhama Arjona Esteban
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-129096
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Chemie und Pharmazie
Faculties:Fakultät für Chemie und Pharmazie / Institut für Organische Chemie
Referee:Prof. Dr. Frank WürthnerORCiD
Date of final exam:2016/03/08
Language:English
Year of Completion:2015
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 54 Chemie / 547 Organische Chemie
GND Keyword:Merocyanine; organische Solarzelle; organischer Transitor
Tag:Merocyanine dye; organic solar cell; organic transistor
Release Date:2017/03/08
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht