ИСТИНА

Разработка новых пи-сопряженных полимеров с узкой шириной запрещенной зоны является актуальной задачей химии, т.к. они все чаще находят применение в качестве электроактивных материалов для органических солнечных батарей, светодиодов, полевых транзисторов и т.д. В проекте предлагается разработать эффективный подход к созданию новых узкозонных пи- сопряженных полимеров, отвечающих следующим критериям: (1) хиноидный характер пи- сопряжения; (2) строгое чередование донорных и акцепторных звеньев; (3) наличие конденсированных тиофенсодержащих звеньев. Оригинальность предлагаемого подхода заключается в том, что все вышеупомянутые факторы построения узкозонных полимеров будут реализованы на основе одной и той же структуры макромолекулы. В ряду полимеров с разной шириной запрещенной зоны, но принадлежащих к одному ряду будут проанализированы основные фото- и электрофизические а также фотовольтаические свойства. Будет проанализирована кинетика переноса электрона с донора на акцептор а также подвижность носителей заряда в зависимости от величины перекрывания пи-орбиталей и степени кристалличности.На основе полученных узкозонных полимеров будут разработаны высокоэффективные солнечные фотоэлементы с объемной гетеропереходной структурой.

Проект посвящен созданию пи-сопряженных полимеров, в котором все концепции построения узкозонных полимеров (хиноидный характер пи-сопряжения; донорно-акцепторный подход; строгое чередование донорного и акцепторного звеньев в цепи макромолекул; введение в сопряженные полимерные цепи конденсированных тиофенсодержащих звеньев) были бы реализованы на основе одной и той же структуры макромолекул. 2. Разработан эффективный синтетический путь получения нового класса конденсированных 1,3- дитиофенизотионафтеновых мономеров с увеличенным хиноидным характером ?и-сопряжения и на их основе методом подбора типа структур, ее состава и последовательности реализовать условия для направленного синтеза узкозонных пи-сопряженных полимеров с управляемой шириной запрещенной зоны. 3. Разработан новый метод синтеза конденсированных тиофенсодержащих мономеров с донорными, акцепторными структурами и повышенным хиноидным характером пи- сопряжения 4. Получены на основе вышеуказанных мономеров новые пи-сопряженные сополимеры с узкой шириной запрещенной зоны и повышенным хиноидным характером пи-сопряжения (на основе первой концепции построения узкозонных полимеров). 5. Получены новые узкозонные сопряженные сополимеры со строго чередующимися донорно-акцепторными звеньями в основной цепи макромолекул (на основе второй концепции построения узкозонных полимеров). 6. Получены новые узкозонные сопряженные сополимеры на основе конденсированных планарных тиофенсодержащих мономеров с повышенным хиноидным характером сопряжения (на основе первой и третьей концепции построения узкозонных полимеров). 7. Получены новые узкозонные полимеры на основе конденсированных планарных тиофенсодержащих мономеров с повышенным хиноидным характером пи-сопряжения и со строго чередующимися донорно-акцепторными звеньями в основной цепи макромолекул и исследованы оптические и электрохимические свойства их растворов и пленок. 8. Получены тонкие пленки, исследованы их структурные свойства и морфология методами электронной сканирующей, оптической и атомно-силовой микроскопии. 9. Исследована фотостабильность полученных пленок методом лазерного фотообесцвечивания. 10. Проведены измерения подвижности носителей заряда, выработаны подходы к получению тонкопленочных упорядоченных наноструктур на основе узкозонных полимеров с высокой сбалансированной подвижностью зарядов (не менее 10-4 см2/(В.с) и долговременной стабильностью. 11. Из оптимизированных полимеров путем управления условиями пленкообразования, будут получены тонкие пленки с различными параметрами наноструктурирования (от десятков до сотен нанометров). 12. Получены полимер-фуллереновые нанокомпозиты с объемными гетеропереходами, и исследованы методами микроскопии (оптическая, атомно-силовая и др.), а также методами спектроскопии оптического поглощения, фотолюминесценции и фотоиндуцированного поглощения. 13. Полученные результаты будут использованы в качестве обратной связи для оптимизации химической структуры, методов синтеза и приготовления тонкопленочных наноструктур. После работ по оптимизации свойств, прежде всего подвижности зарядов, коэффициента поглощения в области 600-800нм для узкозонных полимеров, наиболее перспективные полимеры и нанокомпозиты на их основе будут испытаны в образцах солнечных фотоэлементов. 14. Проведены оценки эффективности фотогенерации зарядов. 15. Получены полимер-фуллереновые нанокомпозиты для солнечных фотоэлементов, выполняющие функции упорядоченного объемного гетероперехода путем эффективной фотогенерации зарядов в нанокомпозите. 16. Ожидается, что разработанные в рамках проекта узкозонные полимеры и полимер-фуллереновые нанокомпозиты на их основе приведут к увеличению КПД солнечных фотоэлементов сравнимого с достигнутым мировым уровнем, составляющим 9%.