Synthesis and characterization of bifunctional materials for electro-optical applications

Synthese und Charakterisierung von bifunktionellen Materialien für elektro-optische Anwendungen

This thesis is dealing basically with synthesis of organic materials for electro-optical applications and interfacial modifications in such applications. It is structured into two major sections each of which presenting a new concept of bifunctional materials: I. Bifunctional Ru(II) dyes carrying hole transport units II. Fully functionalized AB-diblock copolymers I. Bifunctional Ru(II) dyes carrying hole transport units for interface modification in solid-state dye-sensitized nc-Titaniumdioxide This thesis is dealing basically with synthesis of organic materials for electro-optical applications and interfacial modifications in such applications. It is structured into two major sections each of which presenting a new concept of bifunctional materials: I. Bifunctional Ru(II) dyes carrying hole transport units II. Fully functionalized AB-diblock copolymers I. Bifunctional Ru(II) dyes carrying hole transport units for interface modification in solid-state dye-sensitized nc-Titaniumdioxide solar cells The main concern in this part of this work was the improvement of the Titaniumdioxide/ dye / hole conductor interfaces in solid-state dye-sensitized Titaniumdioxide solar cells. Therefore novel concepts of bifunctional materials carrying light absorbing Ru(II) dye centre as well as hole transport triphenylamine moieties were developed for the following reasons: • Improvement of wetting between polar Ru(II) dye layer and the non-polar spiro-hole conductor. • Spatial separation of excited dye cation centre (HOMO) away from the Titaniumdioxide surface. • Retardation of recombination of holes in the dye molecule with electrons in Titaniumdioxide. In order to reach these goals, novel bipyridine ligands carrying hole transport units (bpy-TPA 6 and bpy-TPD 11) with bipyridine centre for coordination of a transition metal atom have been prepared. In a metallation step a Ru(II) dye was created which carries holetransport moieties as antenna groups. The new, bifunctional materials have been characterized and their potential for application in electro-optical devices have been investigated. II. Fully functionalized AB-diblock copolymers carrying hole transport and NLO-dye blocks Another synthetic approach of this thesis was to explore the suitability of the polymerization technique ATRP for the synthesis of fully functionalized AB-diblock copolymers for photorefractive applications. For this purpose, 4-bromostyrene was polymerized via ATRP using alpha-chloromethylpropionate as initiator and CuCl / PMDETA as catalytic system yielding poly(4-bromostyrene) macroinitiators (19 a – e). The control of this polymerization reaction was verified by GC analysis before the macroinitiators had been used to initiate the polymerization of HEMA-TBDMS which was applied as monomer for the second block. By this method, AB-diblock copolymers have been prepared consisting of a poly(4-bromostyrene) block and a poly(HEMA-TBDMS) block (21). Polymeranalogous reaction yielded the desired fully functionalized block copolymers carrying hole transport and NLO-dye block.show moreshow less
Diese Arbeit beschäftigt sich mit organischen Materialien für elektro-optische Anwendungen und der Modifikation ihrer Grenzflächen. Sie ist in zwei Hauptabschnitte gegliedert in denen jeweils ein neues Konzept bifunktioneller Materialien vorgestellt wird: I. Bifunktionelle Ru(II)-Farbstoffe mit Lochtransport-Einheiten II. Vollfunktionalisierte AB-Diblock-Copolymere I. Bifunktionelle Ru(II)-Farbstoffe mit Lochtransporteinheiten zur Grenzflächen-modifikation in farbstoffsensibilisierten TitandioxiDiese Arbeit beschäftigt sich mit organischen Materialien für elektro-optische Anwendungen und der Modifikation ihrer Grenzflächen. Sie ist in zwei Hauptabschnitte gegliedert in denen jeweils ein neues Konzept bifunktioneller Materialien vorgestellt wird: I. Bifunktionelle Ru(II)-Farbstoffe mit Lochtransport-Einheiten II. Vollfunktionalisierte AB-Diblock-Copolymere I. Bifunktionelle Ru(II)-Farbstoffe mit Lochtransporteinheiten zur Grenzflächen-modifikation in farbstoffsensibilisierten Titandioxid-Feststoff-Solarzellen Das Hauptanliegen dieser Teilarbeit war die Verbesserung der Titandioxid / Farbstoff / Lochleiter-Grenzfläche in farbstoffsensibilisierten Titandioxid-Feststoff-Solarzellen. Es wurden dazu neuartige Konzepte bifunktioneller Materialien entwickelt, die sowohl ein lichtabsorbierendes Ru(II)-Farbstoff-Zentrum als auch lochtransportierende Triphenylamin-Einheiten tragen. Die Lösung folgender Problemstellungen wurde angestrebt: • Verbesserung der Benetzung der polaren Ru(II) Farbstoff-Schicht mit unpolarem Spiro-Lochleiter. • Räumliche Trennung des Farbstoff-Radikalkations (HOMO) von der TiO2-Oberfläche. • Verzögerung der Rekombination von Löchern in den Farbstoff-Molekülen mit Elektronen im Titandioxid. Um die angestrebten Ziele zu erreichen, wurden neuartige Bipyridin-Liganden mit Lochtransporteinheiten (bpy-TPA 6 und bpy-TPD 11) und Bipyridin-Zentren für die Koordination von Übergangsmetallatomen hergestellt. In einem Metallierungsschritt entstand ein Ru(II)-Farbstoff mit Lochtransporteinheiten als sogenannte Antennen-Gruppen. Die neuen, bifunktionellen Materialien wurden charakterisiert und auf ihr Potential in elektro-optischen Bauteilen untersucht. II. Vollfunktionalisierte AB-Diblock-Copolymere mit Lochtransport-Block und NLO-Farbstoff-Block Ein anderer synthetischer Ansatz dieser Arbeit bestand in der Untersuchung der Tauglichkeit der Polymerisations-Technik ATRP für die Herstellung von voll-funktionalisierten AB-Diblock-Copolymeren für photorefraktive Anwendungen. Dazu wurde 4-Bromstyrol durch ATRP unter Anwendung von alpha-Chlormethylpropionat als Initiator und CuCl / PMDETA als katalytischem System polymerisiert. Man erhielt die Makroinitiatoren 19 a – e. Die Kontrolle dieser Polymerisation wurde durch Gaschromatographie (GC) nachgewiesen, bevor die Makroinitiatoren zur Initiierung der Polymerisation der zweiten Monomers eingesetzt wurden. HEMA-TBDMS wurde dabei als Monomer für den zweiten Block ausgewählt. Durch diese Methode wurden AB-Diblock-Copolymere synthetisiert, die aus einem Poly(4-bromstyrol)-Block und einem poly(HEMA-TBDMS)-Block bestehen (21). Durch polymeranaloge Umsetzungsreaktionen konnten vollfunktionalisierte Polymere mit Lochtransportblock und NLO-Farbstoffblock hergestellt werden.show moreshow less

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Metadaten
Institutes:Chemie
Author: Katja Peter
Advisor:PD Mukundan, Thelakkat
Granting Institution:Universität Bayreuth,Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Date of final exam:29.04.2005
Year of Completion:2005
SWD-Keyword:Farbstoffsolarzelle
Tag:Ru(II); Titandioxid; bifunktionell
Dye; bifunctional; solar cell
Dewey Decimal Classification:540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
URN:urn:nbn:de:bvb:703-opus-1653
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):25.07.2005