Dye Conjugates with a Low Band Gap
Physical Chemistry of Molecules, Liquids and Interfaces, Biophysical Chemistry
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurden neuartige low-band-gap-Chromophore erfolgreich synthetisiert und photophysikalisch charakterisiert. Als geeignete Chromophore erwiesen sich die intensiv und schmalbandig im roten bis nahinfrahroten absorbierenden Squaraine. Sowohl gleiche als auch unterschiedliche Squaraine wurden zu Homo- und Hetero-Dimeren, -Trimeren, -Oligomeren und-Polymeren verknüpft. Darüber hinaus wurden Squaraine auch mit anderen Chromophoren (z.B. BODIPY) kombiniert. Hierbei erwiesen sich Yamamoto-, Suzuki- und Sonogashira-Kupplungen als die Mittel der Wahl, und Homopolymere, Heterochromophore sowie durch Dreifachbindungen verknüpfte Chromophore zu synthetisieren. Die photophysikalischen Ergebnisse wurde auf Grundlage der Exzitonkopplungstheorie interpretiert. Absorption und Emission konnten (z.B. bei Hetero-Dimeren) erfolgreich rotverschoben werden und bei geeigneter Kombination der Monomere konnte darüber hinaus auch die Fluoreszenzquantenausbeute signifikant erhöht werden, was für mögliche Anwendungen von Relevanz sein kann. Bei einem Homopolymer wurde eine starke, nicht von gängigen Parametern abhängige Lösungsmittelabhängigkeit in Bezug auf die Absorptionsspektren festgestellt. Berechnungen legen den Schluss nahe, dass das Polymer je nach Lösungsmittel eine helikale bzw. gestreckte Struktur annimmt. Mit detaillierten kurzzeitspektroskopischen Untersuchungen konnten Energietransferprozesse innerhalb eines Polymerstrangs zwischen Bereichen mit vornehmlich Helix- bzw. gestreckter Struktur aufgeklärt werden. Hier wurde gezeigt, dass übergeordnete Polymerstrukturen die statischen sowie dynamischen optischen Eigenschaften maßgeblich beeinflussen. Ein Co-Polymer, das unabhängig vom Lösungsmittel hauptsächlich in gestreckter Konformation vorliegt, zeigte Exzitonenannihilierung. Obwohl die Exzitonendiffusion ungewöhnlich schnell war, war diese nicht der geschwindigkeitsbestimmende Schritt, sondern vielmehr die Annihilierung selbst. Mittels 2D-kohärenter Spektroskopie fünfter Ordnung konnten diese Exzitonannihilierungsprozesse detailliert beschrieben werden. In einem Donor-Akzeptor-Copolymer bildeten sich nach Lichtanregung lokalisierte ladungsgetrennte Zustände aus. Daher ist anzunehmen, dass solche Systeme für photovoltaische Anwendungen in Bulk-Heterojunction-Zellen mit PCBM aufgrund der eingeschränkten Exzitonenmobilität eher ungeeignet sind. Einige Chromophore wurden bereits erfolgreich als Farbstoffe für Zweiphotonenabsorption oder in NIR-OLEDs getestet, während ein Homopolymer aufgrund mangelhafter Ladungsträgermobilität in Solarzellen mit PCBM nur eine geringe Effizienz zeigte.
Publications
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