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Abstract (English)

Conjugated Polyelectrolytes (CPEs) play an important role in modern optoelectronics as they combine polar nature of their ionic side groups with the electronical properties from the conjugated polymer backbone. Therefore several applications in optoelectronic devices (e. g. in photovoltaics as charge extraction layers) have been reported and can vary due to their composition of backbone and ionic functionality.

In this thesis, the syntheses of novel conjugated polyelectrolytes (CPEs) are presented. Via post-polymerization modifications of neutral precursor polymers cationic, anionic and zwitterionic (with both, positive and negative charge, in one repeating unit) polyelectrolytes are easily accessible. Beside syntheses of polymers with different side groups the focus of this thesis is on the variation of the π-conjugated backbone.

At first, the synthesis of thiophene-based polyelectrolytes is described. So-called polymerized ionic liquids (PILs) with variable length of the alkyl-spacer between thiophene backbone and imidazolium side groups are presented. Additionally zwitterionic polythiophenes with a variety of different spacer lengths between positive and negative charge are introduced. This variation allows tuning of the dipole moment of the zwitterionic functionalities. Another variation of the effective dipole moment of the polyelectrolytes is achieved by reducing the content of charged side groups in either statistical or alternating thiophene-based CPEs.

Secondly, a new approach for the synthesis of electron-deficient benzotriazole-based polyelectrolytes is presented. In contrast to literature known polycondensation of ionic monomers, in this thesis post-polymerization modification of neutral polybenzotriazoles with solubilizing, branched alkyl-chains is described.

Finally, a series of novel donor-acceptor-polyelectrolytes is introduced. In this chapter, the focus is on the systematic modification of the π-conjugated backbone. By smart combination of the donor and acceptor building blocks a great tunability of the optical properties of the resulting copolymers can be achieved. Also the role of additional electron-rich thiophene units is discussed including the aspect of different donor-strength of the corresponding donor building blocks (CPDT, carbazole, fluorene).

Abstract (German)

Konjugierte Polyelektrolyte (CPEs) spielen heutzutage eine große Rolle im Bereich der organischen Optoelektronik, was in der Kombination der polaren Natur der geladenen Seitengruppen mit den optischen und elektronischen Eigenschaften des ?-konjugierten Polymerrückgrates begründet liegt. Diese Merkmale machen CPEs zu besonders interessanten Materialien für den Einsatz in optoelektronischen Bauteilen, wie beispielsweise als Ladungs-extraktionsschichten in der organischen Photovoltaik. Entsprechend der gewählten Kombination aus konjugiertem Polymerrückgrat und ionischer Funktionalität sind maßgeschneiderte Anwendungsmöglichkeiten gegeben.

In dieser Arbeit wird die Synthese neuartiger konjugierter Polyelektrolyte diskutiert, wobei durch polymeranaloge Umsetzung von neutralen Vorläufer-Polymeren anionische, kationische und zwitterionische (mit sowohl positiver, als auch negativer Ladung innerhalb einer Wiederholungseinheit) Polyelektrolyte generiert werden können. Neben der Synthese von Polyelektrolyten mit verschiedenen ionischen Funktionalitäten steht vor allem die Variation des π-konjugierten Polymerrückgrates im Vordergrund.

Zuerst werden Thiophen-basierte CPEs vorgestellt, wobei zunächst die Synthese und Charakterisierung von sogenannten polymeren, ionischen Flüssigkeiten diskutiert wird. Dabei wird der Zusammenhang zwischen strukturellen Merkmalen, wie beispielsweise der Länge der Alkyl-Seitenkette, und der ionischen Leitfähigkeit untersucht. Weitergehend werden zwitterionische Polythiophene präsentiert, die eine unterschiedliche Anzahl an Methylen-gruppen zwischen positiver und negativer Ladung aufweisen. Dadurch kann das fixierte Dipolmoment der zwitterionischen CPEs gezielt variiert werden. Ein weiterer Ansatz, Einfluss auf das effektiv resultierende Dipolmoment zu nehmen, besteht in der Reduktion des Anteils ionischer Seitengruppen, weshalb statistische und alternierende Thiophen-basierte CPEs mit verringertem Anteil geladener Seitengruppen vorgestellt werden.

Im anschließenden Kapitel wird ein neuer Syntheseweg zu Darstellung elektronenarmer, Benzotriazol-basierter CPEs diskutiert. Im Gegensatz zu bekannten Methoden, durch Polykondensation ionischer Monomere schwer charakterisierbare Polymere herzustellen, wird in dieser Arbeit ein polymeranaloger Ansatz gewählt, was eine gute Charakterisierbarkeit der neutralen Vorläufer-Polymere erlaubt. Dazu wird die Synthese eines neutralen, funktionalisierbaren Vorläufer-Polymers auf Benzotriazol-Basis mit langen, verzweigten Alkylresten präsentiert.

Zum Abschluss dieser Thesis wird die Synthese sogenannter Donor/Akzeptor-Polyelektrolyte diskutiert. Dabei liegt der Fokus hauptsächlich auf der systematischen Modifikation des π-konjugierten Polymerrückgrates. Die optischen Eigenschaften dieser Donor/Akzeptor-Copolymere sind durch geschickte Kombination entsprechender Donor- und Akzeptor-Bausteine hervorragend einstellbar. Zudem wird der Einfluss zusätzlicher Thiophen-Einheiten in das Polymerrückgrat untersucht, was ebenso einen Vergleich der Donor-Stärken verschiedener, oft verwendeter Bausteine (CPDT, Carbazol, Fluoren) erlaubt.

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