Organische Halbleiter werden für viele elektronische Bauteile und Anwendungen wie organische Solarzellen, organische Leuchtdioden und thermoelektrische Generatoren benötigt. Während die Leistung organischer p-Halbleiter in letzter Zeit bereits stark verbessert wurde, hinkt die Entwicklung von guten organischen n-Halbleitern hinterher und konnte bisher nur eingeschränkt vom Innovationsschub profitieren. Um die Effizienten dieser Bauteile weiter zu verbessern werden neue Hochleistungsmaterialien, vor allem im Bereich der n-Halbleiter benötigt. Ein wichtiges Kriterium ist dabei ein genügend tief liegendes LUMO-Energieniveau, welches luftstabile Radikalanionen ermöglicht. In dieser Arbeit werden daher verschiedene konjugierte Materialien auf Basis von Naphthalindiimiden (NDI) synthetisiert und charakterisiert.
Anhand von niedermolekularen Modellverbindungen werden zunächst die Einflüsse verschiedener Kernsubstituenten auf die elektronische Struktur, Effizienz der Radikalanionenbildung und Luftstabilität der reduzierten Spezies untersucht. Gemischt mit einer kovalent an NDI angebundenen tertiären Amin Seitenkette wird photoinduziert ein intermolekularer Dotierungsprozess beobachtet, welcher mit abnehmendem Donorcharakter der Kernsubstituenten, bzw. mit sinkendem HOMO zunimmt. Das elektronenärmste NDI-Derivat mit zwei Cyano-Gruppen zeigt dabei die höchste Radikalanionen-Ausbeute und liefert Radikalanionen, die an Luft stabil sind. Dieses System wurde auf polymere Strukturen übertragen und NDI-Polymere mit niedrigen HOMO- und LUMO-Energieniveaus synthetisiert. Als Comonomer wird 1,4-Phenylen mit nur schwach elektronenschiebendem Charakter mit dem klassischen elektronenreichen Bithiophen verglichen. Die resultierenden Copolymere, jeweils mit und ohne Cyanosubstituenten wurden eingehend charakterisiert. Auch hier können luftstabile Radikalanionen in hohen Ausbeuten generiert werden.
Diese Arbeit liefert ein grundlegenderes Verständnis der energetischen und strukturellen Voraussetzungen für Elektronentransferprozesse zwischen tertiären Aminen und elektronenarmen NDI-Derivaten unterschiedlicher Energieniveaus. Sie führt zu einem rationaleren Design von konjugierten Materialien mit selbstdotierenden Eigenschaften, um beispielsweise Radikalanionenkonzentration und Leitfähigkeit von organischen n-Halbleitern zu kontrollieren.:BIBLIOGRAPHISCHE BESCHREIBUNG UND REFERAT 5
I. ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS VIII
1. EINLEITUNG 11
1.1 Organische Elektronik 12
1.1.1 Organische Thermoelektrika 14
1.1.2 Organische n Halbleiter auf Rylen Basis 18
1.2 C-C-Kupplungsreaktionen 25
1.2.1 Stille-Kupplung 27
1.2.2 Direkte C-H-Arylierungsreaktion 29
1.3 Dotierung organischer n Halbleiter 31
1.3.1 Selbstdotierung organischer Halbleiter mit Aminen 35
2. AUFGABENSTELLUNG 38
3. ERGEBNISSE UND DISKUSSION 40
3.1 PNDIT2 mit Aminoseitenketten 40
3.1.1 Synthese der Monomere 40
3.1.2 Polymerisation zu DMAP PNDIT2 41
3.1.3 Selbstdotierung von DMAP PNDIT2 42
3.2 DMAP NDI X2-Modellverbindungen 46
3.2.1 Synthesen von DMAP NDI X2 46
3.2.2 Untersuchung der Selbstdotierung von DMAP NDI X2 50
3.3 Kernsubstituierte Alkyl-NDI X2Y2 Modellverbindungen 53
3.3.1 Synthesen von NDI X2Y2 53
3.3.2 Elektronische Charakterisierungen 55
3.3.3 Untersuchung der intermolekularen Dotierung 62
3.3.4 Variation der Alkylseitenketten von Amino NDI und NDI CN2 74
3.4 NDI Copolymere 84
3.4.1 NDI Bipyridin 84
3.4.2 Synthese elektronenarmer NDI Polymere 94
3.4.3 Thermische Charakterisierung der NDI Polymere 99
3.4.4 Elektronische Charakterisierungen der NDI Polymere 101
3.4.5 Intermolekulare Dotierung der NDI Polymere 104
3.4.6 Elektrische Leitfähigkeiten der NDI Polymere 109
4. ZUSAMMENFASSUNG 112
5. AUSBLICK 120
6. EXPERIMENTALTEIL 122
6.1 Methoden und Geräte 122
6.1.1 Magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) 122
6.1.2 Optische Charakterisierung (UV Vis) 122
6.1.3 UV Bestrahlung 122
6.1.4 Cyclovoltammetrie (CV) 123
6.1.5 Elektronenspinresonanz-Spektroskopie (EPR) 123
6.1.6 Differential-Scanning-Calorimetry (DSC) 123
6.1.7 Thermogravimetrische Analyse (TGA) 124
6.1.8 Gelpermeationschromatographie (GPC) 124
6.1.9 Röntgenweitwinkelstreuung (GIWAXS) 124
6.1.10 Massenspektrometrie (MS) 125
6.1.11 Elektrische Leitfähigkeit 125
6.1.12 Kommerzielle Chemikalien und Ausgangsstoffe 126
6.2 Synthesen 127
7. ANHANG 163
8. LITERATURVERZEICHNIS 175
II. SELBSTSTÄNDIGKEITSERKLÄRUNG 189
III. DANKSAGUNG 191
IV. LEBENSLAUF 192
Ausbildung und beruflicher Werdegang 192
Auszeichnungen 192
V. LISTE DER PUBLIKATIONEN UND VORTRÄGE 193
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:36358 |
| Date | 06 December 2019 |
| Creators | Schmidt, Simon |
| Contributors | Sommer, Michael, Sommer, Michael, Spange, Stefan, Technische Universität Chemnitz |
| 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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