Nghiên cứu tổng hợp vật liệu bán dẫn hữu cơ ứng dụng trong lĩnh vực quang điện tử tt

Các nội dung nghiên cứu chính của luận án - Tổng quan về vật liệu bán dẫn hữu cơ và linh kiện quang điện tử hữu cơ.. - Tổng hợp copolyme dựa trên nhóm diketopyropyrole PDPP6T-C4 - Tổng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-

PHAN ĐÌNH LONG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU BÁN DẪN HỮU CƠ

ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC QUANG ĐIỆN TỬ

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

Mã số: 62.44.01.014

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội -2019

2

Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học 1: TS Hoàng Mai Hà

Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS Nguyễn Phương Hoài Nam

… giờ , ngày … tháng … năm 2019

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

LỜI MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của luận án

Vật liệu hữu cơ đang dần thay thế vật liệu vô cơ trong tất cả các lĩnh vực của khoa học, công nghệ và đời sống Trong lĩnh vực quang, điện và điện tử, vật liệu hữu cơ đã thể hiện nhiều tính chất ưu việt như: tính mềm dẻo, nhẹ, dễ dàng chế tạo ở quy mô lớn và giá thành tương đối thấp Trong đó, hướng nghiên cứu chế tạo linh kiện quang điện tử hữu cơ như linh kiện phát quang hữu cơ (OLED), pin mặt trời hữu cơ (OSC), transistor hiệu ứng trường hữu cơ (OFET) đã phát triển mạnh trong những năm gần đây Tuy nhiên, so với các vật liệu vô cơ, vật liệu bán dẫn và dẫn điện hữu cơ vẫn thể hiện những nhược điểm lớn như độ linh động hạt tải, hiệu suất chuyển hóa quang điện và độ bền thấp Vì vậy, việc nghiên cứu khắc phục những nhược điểm này là nhu cầu cấp thiết để áp dụng loại vật liệu này vào thực tiễn Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp quang điện tử đã phát triển mạnh và có đóng góp lớn cho nền kinh tế Việt Nam Một số nghiên cứu chế tạo linh kiện OPV và OLED đã được thực hiện trong những năm qua Tuy nhiên, cho đến nay, có rất ít nhóm nghiên cứu trong nước chế tạo được vật liệu cho các loại linh kiện này Nhằm tiếp cận với một hướng nghiên cứu mới, giàu tiềm năng,

chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu bán dẫn hữu cơ ứng dụng

trong lĩnh vực quang điện tử”

2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án

Đề tài tập trung tổng hợp được một số polyme dẫn có cấu trúc hoàn toàn mới là các copolyme có năng lượng vùng cấm rộng, các copolyme có năng lượng vùng cấm hẹp và các terpolyme có năng lượng vùng cấm trung bình Các polyme này được nghiên cứu: tính chất quang, tính chất điện, cấu trúc tinh thể, hình thái học và sử dụng chế tạo linh kiện OFET và OPV

3 Các nội dung nghiên cứu chính của luận án

- Tổng quan về vật liệu bán dẫn hữu cơ và linh kiện quang điện tử hữu cơ

- Tổng hợp copolyme dựa trên nhóm diketopyropyrole P(DPP6T-C4)

- Tổng hợp copolyme có năng lượng vùng cấm rộng T-3MT và 2T-3MT

- Tổng hợp terpolyme 3MBT và 3MTT

- Nghiên cứu tính chất quang học, tính chất điện hóa, tính chất bán dẫn của các polyme

- Nghiên cứu cấu trúc tinh thể, hình thái học của các polyme đã tổng hợp

- Chế tạo các linh kiện quang điện tử từ polyme đã tổng hợp đươc: pin mặt trời hữu cơ (OPV), transistor hiệu ứng trường hữu cơ (OFET)

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan về vật liệu hữu cơ cấu trúc π liên hợp

Vật liệu bán dẫn hữu cơ là các vật liệu dựa trên mạch cacbon có tính bán dẫn, với cấu trúc điện tử dựa trên các liên kết đôi liên hợp π giữa các nguyên tử cacbon.Vật liệu bán dẫn hữu cơ bao gồm các đơn phân tử, oligome và polyme Các đơn phân tử bán dẫn bao gồm các hợp chất đa vòng như pentacene,

1.3 Linh kiện quang điện tử hữu cơ

1.3.1 Cơ chế truyền tải điện tích trong các vật liệu bán dẫn hữu cơ

Cơ chế truyền tải điện tích trong các chất bán dẫn hữu cơ đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, và nhiều mô hình truyền tải đã được đề xuất dựa trên lý thuyết truyền tải của các chất bán dẫn vô cơ Tuy nhiên, cơ chế chính xác của nó vẫn đang được tranh luận và chưa đi đến thống nhất Ở các chất bán dẫn vô cơ truyền thống như silicon, các nguyên tử liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị hoặc liên kết ion mạnh tạo ra cấu trúc mạng tinh thể ba chiều chặt chẽ Các chất bán dẫn hữu cơ bao gồm các phân tử riêng rẽ chỉ liên kết yếu với nhau bằng lưc phân tử, lực hút Van der Waals và tương tác π-π và thường tạo ra các màng đa tinh thể Sự truyền tải điện tích chỉ có thể xảy ra dọc theo mạch liên hợp nội phân tử đơn hoặc giữa các obitan p của các phân tử lân cận

1.3.2 Transistor hiệu ứng trường hữu cơ (OFET)

Transistor hiệu ứng trường hữu cơ (Organic Field Effect Transistor-OFET) được A.Tsumara chế tạo lần đầu tiên năm 1986 Từ đó rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm nâng cao chất lượng vật liệu và cải tiến phương pháp chế tạo linh kiện Transistor hiệu ứng trường hữu cơ được quan tâm nhiều do lớp bán dẫn

có thể được tạo ra ở nhiệt độ thấp, với chi phí thấp, trên 1 diện tích lớn và mềm dẻo

1.3.3 Linh kiện pin mặt trời hữu cơ (OPV)

Pin mặt trời hữu cơ đầu tiên được C.Tang của Eastman Kodak chế tạo thành công vào năm 1986 Thuật ngữ photovoltaic có nguồn gốc từ sự kết hợp giữa các từ: ánh sáng (photo) và điện (voltaic) trong tiếng Hy Lạp Pin mặt trời có khả năng chuyển ánh sáng thành dòng điện So với pin mặt trời vô cơ, pin mặt trời hữu cơ có nhiều ưu điểm như: Công nghệ chế tạo đơn giản hơn; tính mềm dẻo, trong suốt; dễ biến tính, có độ linh động cao; nhẹ và giá thành thấp

1.4 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước về tổng hợp các vật liệu bán dẫn hữu cơ

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

1.4.1.1 Các polyme dẫn chỉ mang nhóm cho điện tử

Một số polyme dẫn đầu tiên được phát triển cho pin mặt trời nền polyme

là poly(3-hexylthiophene) (P3HT) [22-25], poly(1,4-phenylene-vinylene) (PPVs) [26, 27], và đặc biệt poly[2-methoxy-5- (3,7-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylene-vinylene] (MDMO-PPV) đã được nghiên cứu rộng rãi

1.4.1.2 Các copolyme liên hợp cấu trúc cho-nhận (D-A)

a, Các copolyme liên hợp cấu trúc cho-nhận (D-A) được tổng hợp trước năm 2010

Trong những nghiên cứu khác, một trong những phương pháp hiệu quả nhất để thu hẹp độ rộng vùng cấm của một polyme chính là kết hợp hai loại monome với bản chất điện tử khác nhau, một là đơn vị giàu điện tử - gọi là thành phần donor (như là fluorene, carbazole, dibenzosilole, benzodithiophene ) và thành phần còn la ̣i là acceptor, gọi là thành phần hút điện tử (như là benzodiathiazole, diketopyrrolopyrrole)

b, Một số copolyme D-A tiêu biểu, được tổng hợp những năm gần đây dùng chế tạo linh kiện PSC có PEC cao

Những năm gần đây, có rất nhiều các polyme dẫn dạng D-A được tổng hợp

và dùng chế tạo linh kiện điện tử Nhất là trong lĩnh vực ứng dụng để chế tạo PSC, theo các tài liệu được công bố Hiệu suất chuyển đổi quang năng thành điện năng

đã đạt từ 10 đến hơn 12% Khi có nguyên tử Flo trong thành phần phân tử của polyme, hiệu suất của linh kiện PSC chế tạo từ polyme này được cải thiện theo hướng tăng lên

Sau gần 20 năm phát triển, xu hướng tổng hợp polyme liên hợp ứng dụng chế tạo linh kiện quang điện tử đi từ các polyme chỉ mang nhóm cho điện tử sang các copolyme và terpolyme cấu trúc cho nhận Việc tổng hợp polyme liên hợp hướng đến các mục tiêu như điều khiển các mức năng lượng HOMO và LUMO, cải thiện độ hòa tan, điều khiển cấu trúc để polyme có độ tinh thể phù hợp cho các

ứng dụng khác nhau

1.4.1.3 Các copolyme dựa trên nhóm Diketopyrrolopyrrople (DPP)

Gần đây, diketopyrrolopyrrole (DPP) được sử dụng rất nhiều trong quá trình tổng hợp các polyme dùng chế tạo linh kiện transistor hiệu ứng trường (OFET) và pin mặt trời hữu cơ (OPV), do chúng có ái lực điện tử mạnh và cấu trúc dị vòng đối xứng tạo nên cấu trúc phẳng với tương tác ngoại phân tử rất mạnh Độ hòa tan của các polyme này có thể được điều khiển bằng cách thay đổi độ dài mạch alkyl ở

2 vị trí N của nhóm DPP

1.4.1.4 Các copolyme có năng lượng vùng cấm rộng

Các polyme loại D đã và đang được nghiên cứu tổng hợp theo hướng tăng

độ tương hợp của polyme và chất acceptor, điều chỉnh các mức năng lượng và phổ hấp thụ của polyme Trong số đó, linh kiện PSC chế tạo từ copolyme liên hợp D−A và acceptor không dựa trên fullerene có hiệu suất cao nhất

4

1.4.1.5 Các terpolyme

Trong vài năm qua, các terpolyme ngẫu nhiên có mạch liên hợp được hình thành từ một donor và hai acceptor (hoặc một acceptor và hai donor khác nhau) có mạch chính polyme liên hợp đã thu hút được nhiều sự quan tâm do chúng có những ưu điểm hơn các copolyme liên hợp D-A như độ hòa tan tốt, dải hấp thụ rộng, mức năng lượng phù hợp, khả năng sắp xếp của mạch polyme trong màng tổ hợp

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nươ ́ c

Tập hợp các tài liệu đã công bố, thì hiên nay các nghiên cứu trong nước có rất ít các nghiên cứu về tổng hợp polyme dẫn, chủ yếu là tập trung nghiên cứu chế tạo các linh kiện quang điện tử

Nhóm nghiên cứu của Phạm Hồng Quang, Đại học Khoa học tự nhiên cũng đang nghiên cứu chế tạo pin mặt trời nhưng dựa trên cấu trúc màng mỏng CIGS Trong khi đó, nghiên cứu tổng hợp polyme bán dẫn tại Việt Nam vẫn còn trong giai đoạn sơ khai Ngoài nhóm nghiên cứu của Hoàng Mai Hà tại Viện Hóa học, chỉ có nhóm nghiên cứu của Nguyễn Trần Hà tại Đại học Quốc Gia HCM đã tiến hành tổng hợp được một số polyme có cấu trúc π liên hợp và bước đầu đã chế tạo thành công pin mặt trời hữu cơ sử dụng các polyme này

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất và trang thiết bị

2.1.1 Hóa chất và dung môi

Tất cả các hóa chất dùng để tổng hợp copolyme và phần tử nhận được sử dụng trong nghiên cứu này được mua từ các công ty Tokyo Chemical Industry Co., Ltd (TCI), Sigma-Aldrich và ACROS Co

Khối lượng phân tử của các polyme được xác định bằng sắc kí thẩm thấu gel (GPC, Agilent 1200 series GPC system) sử dụng dung môi o-diclorobenzene ODCB) (T58088C) trên nền polystyrene tiêu chuẩn, được đo tại Hà Quốc

- Phân tích nguyên tố hóa học

Phân tích nguyên tố C, H, N và S được thực hiện trên bộ phân tích nguyên tố EA1112 (Thermo Electron Corp, West Chester, Pa, USA)

- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)

Phổ 1H-NMR (500MHz) và 13C-NMR (125MHz) của các chất nghiên

cứu được đo trên máy Bruker XL-500 tần số 500MHz với dung môi CDCl3 và TMS là chất chuẩn, tại phòng phổ cộng hưởng từ hạt nhân-Viện Hóa Học- Viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam

- Phổ tử ngoại khả kiến hấp thụ (UV-vis)

Phổ hấp thụ của các copolyme được ở dạng dung dịch và dạng màng được đo bằng máy SP-300 nanospectroscopy (Agilent 8453, loại PDA) tại Viện Hóa Học- Viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam

- Thế oxy hóa và mức năng lượng HOMO

Thế oxy hóa của copolyme thu được bằng phương pháp điện hóa (CV, EA161 eDAQ, tốc độ quét = 20mVs-1)

- Nhiễu xạ tia X

Cấu trúc tinh thể củ a vật liệu đươ ̣c xác đi ̣nh bằng giản đồ nhiễu xạ tia X Phương pháp nhiễu xạ tia X góc tới là (GI-XRD) được tiến hành tại trung tâm gia tốc Pohang (Hàn Quốc) Các tham số qxy và qz đại diện cho các thành phần của vectơ tán xạ song song và vuông góc với bề mặt màng tương ứng

- Kính hiển vi lực nguyên tử

Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM, XE-100, PSIA) được sử dụng để mô tả cấu trúc bề mặt của các mẫu màng mỏng

2.2 Tổng hợp các polyme các polyme trong luận án

2.2.1 Quy trình trùng hợp các polyme liên hợp

Sơ đồ 2.1 Quy trình tổng hợp các polyme liên hợp

2.2.2 Tổng hợp polyme có năng lượng vùng cấm hẹp dựa trên nhóm

-trong bình cầu 3 cổ Dung dịch được khuấy bằng máy khuấy từ -trong môi

(triphenylphosphine)palladium(0)Pd(PPh3)4 (23mg, 10mol%) được thêm vào hỗn hợp phản ứng Hỗn hợp phản ứng được khuấy trong môi trường argon ở 90oC trong thời gian 6 giờ Sau đó, hỗn hợp được làm lạnh tới nhiệt độ phòng, 60mL

được thêm vào hỗn hợp phản ứng và hỗn hợp được khuấy thêm 10 phút để kết tủa polyme Polyme kết tủa được lọc và tinh chế bằng phương pháp chiết Soxhlet với axeton, tetrahydrofuran (THF), và cloroform để thu phần polyme không hòa tan Tiếp theo, phần polyme này được hòa tan trong dung môi 1,2-diclorobenzene nóng Các phần tử không hòa tan trong 1,2-diclorobenzen nóng được lọc bỏ Dung dịch polyme sau đó được cô đặc và kết tủa bằng metanol để thu được 153mg sản phẩm màu xanh thẫm, phản ứng tổng hợp đạt hiệu suất 54%

Xác định cấu trúc P(DPP6T-C4)

Phổ 1H-NMR của polyme này chỉ có 1 peak đặc trưng cho các dị vòng liên hợp ở δ 7,04ppm-7,09ppm Các peak đặc trưng cho nhóm 5-decylheptadecyl được hiển thị tương đối rõ rệt trên phổ 1H và 13C-NMR

Phương pháp phân tích thành phần nguyên tố của polyme này (C86H128N2O2S6)n cho kết quả: C chiếm 73,22%; H chiếm 9,04%; N chiếm 1,97%;

Kết thúc phản ứng, hỗn hợp phản ứng được làm nguội về nhiệt độ phòng

và nhỏ vào metanol (200mL) để kết tủa copolyme Copolyme kết tủa được tiếp tục được tinh chế bằng phương pháp chiết Soxhlet lần lượt với metanol, axetone

và cloroform Phần chiết trong cloroform được cất quay chân không để loại bớt dung môi, sau đó kết tinh copolyme trong methanol Phản ứng tổng hợp T-3MT thu được 0,175g sản phẩm dạng sợi màu đỏ thẫm, đạt hiệu suất 83%

Xác định cấu trúc của T-3MT

8

H-NMR (500 MHz, CDC13):(ppm) 7,90 (s, 1H); 7.52 (s, 1H); 7,49 (s, 2H), 7,35 (s, 1H);7,18 (d, 8H); 7,11 (d, 8H);3,84 (s, 3H); 2,56(t, 8H);1,52-1,59 (m, 8H); 1,28-1,33 (m, 24H);0,86(t, 12H)

13C NMR (125MHz, CDCl3): (ppm) 163,26; 141,89; 140,02; 128,57; 128,05; 35,61; 31,71; 31,25; 29,18; 22,59; 14,07

Phương pháp phân tích thành phần nguyên tố theo tính toán (C70H76O2S3)n:

[3,2-thiophenecarboxylate (0,06g, 0,2mmol) (chất 24), sau đó cho hỗn hợp vào bình cầu 3

cổ hòa tan hỗn hợp trong 20ml của hệ dung môi toluen:dimetylformamid (DMF) (9:1v/v) khuấy bằng máy từ trong môi trường khí Ar khoảng 10 phút sau đó cho hỗn hợp xúc tác Pd2(dba)3(0) (9,2mg, 10,0μmol) và P(o-tolyl)3 (12,2mg, 40,0μmol) vào Sau đó đưa nhiệt độ phản ứng lên 100°C trong 24 giờ

Kết thúc phản ứng, hỗn hợp phản ứng được làm nguội về nhiệt độ phòng

và nhỏ vào metanol (200mL) để kết tủa copolyme

Copolyme kết tủa được tiếp tục được tinh chế bằng phương pháp chiết Soxhlet lần lượt với, axetone và cloroform Phần chiết trong cloroform được cất quay chân không để loại bớt dung môi, sau đó kết tinh copolyme trong methanol Phản ứng tổng hợp 2T-3MT thu được 0,209g sản phẩm dưới dạng sợi màu đỏ, phản ứng đạt hiệu suất (88%)

Xác định cấu trúc của 2T-3MT

1H-NMR(500MHz, CDC13): (ppm)7,91 (s, 1H); 7.52 (s, 1H); 7,50 (s, 2H), 7,36 (s, 1H); 7,18 (d, 8H); 7,10 (d, 8H); 3,83 (s, 3H); 2,56(t, 8H);1,54-1,59 (8H); 1,26-1,34 (m, 24H);0,86(t, 12H)

13C NMR (125 MHz, CDCl3): (ppm) 163,32; 141,96; 139,99; 128,57; 128,04; 35,61; 31,72; 31,25; 29,19; 22,60; 14,08

Phương pháp phân tích thành phần nguyên tố theo tính toán (C74H76O2S5)n: C, 76,77; H, 6,62; S, 13,85 Tìm thấy: C, 76,51; H, 6,67; S, 13,78

Phương pháp sắc ký thấm gel dùng xác định khối lượng polyme cho kết quả: Mn = 26,7kDa, PDI = 2,21

2.2.4 Tổng hợp terpolyme 3MTB và 3MTT

2.2.4.1 Tổng hợp 3MTB

Sơ đồ 2.5 Tổng hợp 3MTB

Trộn 2,6-bis(trimethytin)-4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo b:4,5-b’]dithiophen (181mg, 0,2mmol) (chất 29) với dibromobenzo [c][1,2,5]thiadiazol (11,7mg, 0,04 mmol) (chất 30) và methyl-2,5-dibromo-3- thiophenecarboxylate (47,7mg, 0,16mmol) (chất 24) sau đó cho hỗn hợp vào bình

[1,2-cầu 3 cổ, sau đó hỗn hợp trên được hòa tan trong toluen (10mL) và dimetylformamid (DMF;1mL) Dung dịch thu được sau đó được sục khí nitơ trong

10 phút để loại hết oxy Tiếp tục cho chất xúc tác (Pd2(dba)3(0); 9.2 mg, 10.0μmol)

và P(o-tolyl)3(12.2mg, 40.0μmol) ) vào bình Sau đó hỗn hợp dung dich được khuấy ở 100°C trong 24 giờ

Kết thúc phản ứng, dung dịch được làm nguội đến nhiệt độ phòng và nhỏ giọt vào 300mL metanol để kết tủa polyme

Polyme kết tủa này được tinh chế bằng phương pháp chiết Soxhlet lần lượt với axeton, hexan và cloroform Phần dịch chiết cloroform được cô đặc đến thể tích tối thiểu và dung dịch sau đó được kết tủa trong methanol, lọc và sấy khô để thu được 182,98mg sản phẩm màu đỏ thẫm, phản ứng đạt hiệu suất 89%

Xác định cấu trúc của 3MTB

1H-NMR (500MHz, CDC13): (ppm) 8,02; 7,56-7,67; 7,26-7,34; 6,93; 3,84; 2,90-2,98;1,44-1,55; 0,98

13C NMR (125MHz, CDCl3):  (ppm) 163,56; 162,90; 137,30; 132,88; 128,04; 124,36; 41,49; 34,38; 32,74; 28,97; 25,86; 23,18; 23,07; 14,28; 10,98 Phương pháp phân tích thành phần nguyên tố theo tính toán (C67H44O2S5)0.8(C40H42N2S5)0.2: C, 67.11; H, 6.13; N, 0.79; S, 22.40 Tìm thấy: C, 67.02; H, 6.18; N, 0.81; S, 22.35

Phương pháp sắc ký thấm gel dùng xác định khối lượng polyme cho kết

quả: Mn=17.1 kDa, PDI = 2.46

2.2.4.2 Tổng hợp 3MTT

10

Sơ đồ 2.6 Tổng hợp 3MTT

Trộn 2,6-bis(trimethytin

)-4,8-bis(5-(2-etylhexyl)thiophen-2-l)benzo[1,2-b:4,5-b’]dithiophen (181mg, 0,2mmol) (chất 29) với

5,5'-bis(2-ethylhexyl)-4H,4'H-1,1'-bithieno[3,4-c]pyrrole-4,4!,6,6'(5H,5'H)-tetraone (27,4mg, 0,04mmol)

(chất 31) và methyl-2,5-dibromo-3-thiophenecarboxylat (47,7mg, 0,16mmol) (chất 24) sau đó cho vào bình cầu 3 cổ, sau đó hỗn hợp trên được hòa tan trong toluene

(10mL) và dimetylformamid (DMF; 1mL) Dung dịch thu được sau đó được sục khí nitơ trong 10 phút để loại hết oxy

Tiếp tục cho chất xúc tác (Pd2(dba)3(0); 9.2mg, 10.0μmol) và P(o-tolyl)3

(12.2mg, 40.0μmol) vào bình Sau đó hỗn hợp dung dich được khuấy ở 100°C trong 24 giờ Kết thúc phản ứng, dung dịch được làm nguội đến nhiệt độ phòng và nhỏ giọt vào 300mL metanol để kết tủa polyme Kết tủa này được tinh chế bằng cách chiết Soxhlet lần lượt với axeton, hexan và cloroform Phần dịch chiết cloroform được cô đặc và dung dịch sau khi cô đặc được kết tủa trong metanol, lọc

và sấy khô thu được 183,67mg sản phẩm có màu đỏ thẫm, phản ứng đạt hiệu suất 83%

Xác định cấu trúc của 3MTT

1H-NMR (500MHz, CDC13): (ppm)8,02; 7,65-7,72; 7,26-7,35; 6,93; 3,81; 2,90-2,96; 1,73-1,79;1,43-1,53; 0,97-1,04

13C NMR (125MHz, CDCl3):  (ppm) 154,63; 137,24; 41,50; 34,47; 32,78; 29,00; 25,75; 23,35; 23,15; 14,13; 10,96

Phương pháp phân tích thành phần nguyên tố theo tính toán (C67H44O2S5)0.8(C62H74N2O4S6)0.2: C, 67.09; H, 6.30; N, 0.51; S, 21.37 Tìm được:

C, 66.97; H, 6.34; N, 0.53; S, 21.26

Phương pháp sắc ký thấm gel dùng xác định khối lượng polyme cho kết

quả: Mn=12.1 kDa, PDI=3.07

2.3 Chế tạo linh kiện OFET

Linh kiện OFET có cực cổng là silicon loại [100] với lớp điện môi SiO2 có chiều dày (300 nm) Đế silicon này được rửa bằng aceton, isopropanol tiếp tục làm sạch bề mặt bằng tia UV Lớp bán dẫn được chế tạo bằng phương pháp spin-coating từ dung dịch chứa 0,5% polyme lên trên lớp điện môi

2.4 Chế tạo linh kiện OPV cấu trúc nghịch đảo

Pin năng lượng mặt trời hữu cơ cấu trúc dị pha (BHJ-OPV) được chế tạo với cấu trúc linh kiện nghịch đảo ITO/ZnO/ polyme:acceptor/MoO3/Ag) Bề mặt kính đã phủ bằng ITO và được xử lý bằng UV-ozon trong 20 phút, các lớp mỏng ZnO được chế tạo bằng quá trình sol-gel lên trên bề mặt kính Sau khi ủ nhiệt lớp ZnO ở 160°C trong 1 giờ, lớp bán dẫn (90nm ~110nm) được lắng đọng trên lớp ZnO, từ dung dịch hòa tan polyme trong clorobenzene bằng phương pháp spin-coating Sau đó, các lớp MoO3(10nm) và lớp Ag(100nm) được lắng đọng trên lớp bán dẫn bằng cách bốc bay nhiệt để tạo thành điện cực (diện tích quang hoạt 0,04cm2) Đặc trưng J-V được đo trên hệ thiết bị Keithley 2400 trong bóng tối và dưới ánh sáng AM 1,5G ở 100 mWcm-2-nguồn sáng được cung cấp bởi hệ mô phỏng ánh sáng mặt trời (Oriel, 1000W) Một bộ lọc AM1.5(Oriel) được sử dụng để điều chỉnh cường độ ánh sáng Cường độ ánh sáng tới được đo bằng máy đo công suất quang băng thông rộng được hiệu chuẩn (Spectra Physics, Model 404) Phổ hiệu suất lượng tử (EQE) được đo sử dụng nguồn ánh sáng halogen vonfram kết hợp với một bộ đơn sắc (Spectra Pro 2300, Acton Research)

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết quả tổng hợp các polyme

3.1.1 Kết quả tổng hợp polyme DPP6T-C4

Kết quả phân tích thành phần nguyên tố cho thấy phản ứng tổng hợp P(DPP6T-C4) thu được sản phẩm có độ tinh khiết cao với hiệu suất đạt 54% Phương pháp xác định khối lượng phân tử bằng sắc ký thấm gel cho thấy polyme P(DPP6T-C4) có Mn= 13292; Mw= 37801; PDI=2.844 Như vậy, sản phẩm là một polyme có khối lượng phân tử tương đối lớn và độ đa phân bố nhỏ

3.1.2 kết quả tổng hợp polyme T-3MT, 2T-3MT

Các chất đã tổng hợp T-3MT và 2T-3MT có độ hòa tan tốt trong tetrahydrofuran (THF), cloroform và monoclorobenzeneKhối lượng phân tử trung bình (Mn) và chỉ số phân bố (PDI) của T-3MT và 2T-3MT được đo bằng sắc kí thẩm thấu gel (GPC) với o-diclorobenzen là dung môi rửa giải tại 80°C Kết quả thu được cho thấy Polyme T-3MT có Mn= 33,2kDa, PDI= 2,10 và Polyme 2T-3MT có Mn= 26,7kDa, PDI=2,21 cả 2 polyme đều có độ đa phân bố nhỏ

3.1.3 Kết quả tổng hợp polyme 3MTB và 3MTT

Các chất đã tổng hợp 3MTB và 3MTT có độ hòa tan tốt trong tetrahydrofuran (THF), cloroform và monoclorobenzene Khối lượng phân tử trung bình (Mn) và chỉ số phân bố (PDI) polyme 3MTB có Mn=17,1 kDa,