Im Zuge der voranschreitenden Entwicklung neuartiger polymerer und molekularer Halbleiter besteht ein großer Bedarf an starken p-Dotierungsmitteln, welche in der Lage sind, organische Halbleiter mit hoher Austrittsarbeit bzw. Elektronenaffinität zu oxidieren. Bekannte und etablierte p-Dotierungsmittel wie CN6-CP bringen jedoch für lösungsbasierte Methoden zur Schichtbildung aufgrund ihrer niedrigen Löslichkeit viele Probleme mit sich. Weiterhin stellen Diffusion und Migration von Dotierungsmitteln durch die polymeren Halbleiter ein Problem dar, welches zum einen die Ausbildung von scharfen p-n-Übergängen erschwert, zum anderen die Lebensdauer von organischen elektrischen Bauteilen stark einschränkt. Eine Möglichkeit, diese Hürden zu überwinden, wäre die kovalente Anbindung des Dotierungsmittels an den polymeren Halbleiter, jedoch gibt es bisher kaum Forschungsergebnisse zu diesem Thema.
Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Struktur des Dotierungsmittels CN6-CP modifiziert, wodurch dessen Löslichkeit in organischen Lösemitteln signifikant verbessert und gleichzeitig die elektronischen Eigenschaften der Substanz nur geringfügig verändert wurden. Es wurde eine allgemeingültige Methode zur Synthese asymmetrisch substituierter Radialene etabliert und angewendet. Weiterhin wurden erstmals funktionelle Gruppen in die Struktur eines Dotierungsmittels eingebaut, welche eine kovalente Anbindung via Click-Chemie an polymere Halbleiter erlauben. Dies ermöglicht die Immobilisierung des Dotierungsmittels. Durch den Austausch von Gegenionen konnten die für die hergestellten Dotierungsmittel geeigneten Lösemittel gezielt eingestellt werden. Eine vollständige chemische Analyse und Charakterisierung der hergestellten Substanzen wurde durchgeführt.
Im zweiten Teil wurde die Synthese des literaturbekannten polymeren Halbleiters PPPC (Polypropargyloxyphenylcarbazol) durchgeführt und optimiert sowie die hergestellten Batches charakterisiert. Über mehrere Modellversuche wurden Methoden entwickelt, um die hergestellten immobilisierbaren Dotierungsmittel an PPPC kovalent zu binden. Eine Reihe von Polymeren mit unterschiedlich hohem Anteil des Dotierungsmittels wurde synthetisiert und diese auf ihre Löslichkeit hin untersucht. Nach der Optimierung einer für alle diese PPPC-Derivate gültigen Methode zur Bildung dünner Polymerfilme und zur photochemischen Vernetzung wurden diese auf ihre elektrische Leitfähigkeit hin untersucht. Nach Oxidation mit NOSbF6 wurde die Stabilität der oxidierten Schichten gegenüber äußeren Einflüssen untersucht und deren elektrische Leitfähigkeit in Abhängigkeit des Anteils des Dotierungsmittels charakterisiert.:I INHALTSVERZEICHNIS ........................................................................... 1
II THEORETISCHER TEIL ......................................................................... 5
1 Motivation und Zielstellung .................................................................... 7
2 Theoretische Grundlagen ................................................................... 10
2.1 Organische Halbleiter ....................................................................... 10
2.1.1 Elektrische Leitfähigkeit ................................................................. 11
2.1.2 Elektrische Leitfähigkeit in Polymeren ........................................... 13
2.1.3 Konjugierte Polymere .................................................................... 17
2.1.4 Synthese von polymeren Halbleitern ............................................. 21
2.2 Dotieren ........................................................................................... 23
2.2.1 Molekulares Dotieren .................................................................... 24
2.2.2 Dotierungsmechanismen .............................................................. 25
2.2.3 Effizienz von Dotierungen.............................................................. 29
2.2.4 Moderne Dotierungsmittel ............................................................. 30
2.3 CN6-CP ............................................................................................ 32
2.3.1 Allgemeines ................................................................................... 32
2.3.2 Mechanismus der Synthese .......................................................... 34
2.3.3 Modifizierung ................................................................................. 35
2.4 Vernetzungsreaktionen ..................................................................... 37
2.4.1 Huisgen-Cycloaddition und CuAAC ............................................... 38
2.4.2 Photochemische Vernetzung ......................................................... 40
3 Analysemethoden ................................................................................ 41
3.1 Gelpermeationschromatographie (GPC) ........................................... 41
3.2 Leitfähigkeitsmessungen .................................................................. 42
3.3 Cyclovoltammetrie ............................................................................. 47
3.4 UV-Vis-Spektroskopie ........................................................................ 50
III RESULTATE UND DISKUSSION ............................................................ 53
1 Synthese von Dotierungsmitteln ........................................................... 55
1.1 CN4-CP-NEt3 .................................................................................... 56
1.1.1 Synthese ........................................................................................ 56
1.1.2 Analytik ........................................................................................... 58
1.2 CN5Et-CP .......................................................................................... 63
1.2.1 Dianionen ....................................................................................... 64
1.2.1.1 Synthese CN5Et-CP-2Na ............................................................. 64
1.2.1.2 Synthese CN5Et-CP-2TBA .......................................................... 66
1.2.1.3 Analytik ....................................................................................... 67
1.2.2 Radikal-Anion CN5Et-CP-K ............................................................ 75
1.2.3 Neutralform .................................................................................... 79
1.3 CN5HexN3-CP ................................................................................... 84
1.3.1 Zweitstufige Synthese von HexN3OAcCN ....................................... 85
1.3.2 Dianionen ...................................................................................... 89
1.3.2.1 Synthese CN5HexN3-CP-2Na ..................................................... 89
1.3.2.2 Synthese CN5HexN3-CP-2TBA ................................................... 90
1.3.2.3 Analytik ....................................................................................... 91
1.3.3 Radikal-Anion CN5HexN3-CP-K ..................................................... 96
1.4 Zusammenfassung ............................................................................ 99
2 Selbstkompensierende Polymere ....................................................... 102
2.1 Synthese von PPPC .........................................................................102
2.1.1 Synthese der Monomere .............................................................. 103
2.1.2 Suzuki-Polykondensation .............................................................. 106
2.1.3 Entschützung ................................................................................ 110
2.1.4 Propargylierung zu PPPC ............................................................. 111
2.2 Modell-Versuche .............................................................................. 124
2.2.1 Huisgen-Cycloaddition .................................................................. 124
2.2.2 CuAAC .......................................................................................... 130
2.3 Modifizierung des Polymers ............................................................. 133
2.4 Oxidation und Dotierung .................................................................. 143
2.4.1 Voruntersuchungen ...................................................................... 143
2.4.2 Optimierung der Polymerfilmpräparation ...................................... 149
2.4.3 Leitfähigkeitsmessungen .............................................................. 160
3 Zusammenfassung ............................................................................. 167
4 Ausblick .............................................................................................. 171
IV EXPERIMENTALTEIL ......................................................................... 173
1 Allgemeine Angaben .......................................................................... 175
1.1 Analytische Methoden ..................................................................... 175
1.2 Chemikalien und Lösungsmittel ....................................................... 178
1.3 Sonstiges ........................................................................................ 180
2 Synthesen .......................................................................................... 182
2.1 Derivate von CN6-CP ...................................................................... 182
2.1.1 Synthese von CN4-CP-NEt3 ......................................................... 182
2.1.2 Synthese von CN5Et-CP-2Na ....................................................... 184
2.1.3 Synthese von CN5Et-CP-2TBA .................................................... 185
2.1.4 Synthese von CN5Et-CP-K .......................................................... 187
2.1.5 Synthese von HexBrOAcCN ......................................................... 188
2.1.6 Synthese von HexN3OAcCN ........................................................ 189
2.1.7 Synthese von CN5HexN3-CP-2Na ............................................... 190
2.1.8 Synthese von CN5HexN3-CP-2TBA ............................................. 191
2.1.9 Synthese von CN5HexN3-CP-K .................................................... 192
2.2 Polymersynthese ............................................................................. 193
2.2.1 Synthese von THP-DBP ............................................................... 193
2.2.2 Synthese von EH-DBC ................................................................. 194
2.2.3 Synthese von Bor-EH-C ............................................................... 195
2.2.4 Synthese von Pd/PtBu3 ............................................................... 196
2.2.5 Suzuki-Polykondensation zu P-THP-PC ....................................... 197
2.2.6 THP-Entschützung zu P-OH-PC ................................................... 198
2.2.7 Propargylierung zu PPPC ............................................................. 199
2.3 1,3-Dipolare Cycloadditionen .......................................................... 200
2.3.1 Synthese 1,3,5-Tris(azidomethyl)benzol (TAMB) .......................... 200
2.3.2 Thermische Huisgen-Cycloaddition .............................................. 201
2.3.3 Kupfer-katalysierte Azid-Alkin-Cycloaddition ................................ 202
2.3.4 Filmpräparation ............................................................................ 203
V ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ............................................................. 204
VI LITERATURVERZEICHNIS ................................................................. 207
VII ABBILDUNGSVERZEICHNIS ..............................................................222
VIII TABELLENVERZEICHNIS ................................................................. 234
IX PUBLIKATIONSVERZEICHNIS ............................................................ 236
X ANHANG ............................................................................................. 237
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:88433 |
| Date | 04 December 2023 |
| Creators | Enders, Simon |
| Contributors | Voit, Brigitte, Sommer, Michael, Technische Universität Dresden, Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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