Síntese, caracterização e propriedades eletro-ópticas de copolímeros conjugados contendo unidades fluoreno alternadas com heterocíclicos para a confecção de diapositivos eletroluminescentes e fotovoltaicos

Abstract

Resumo: A variação das propriedades físicas e eletrônicas geradas pela inserção de grupamentos doadores e aceptores de diferentes eletroafinidades na cadeia polimérica foi investigada através da síntese de copolímeros conjugados contendo fluoreno e as unidades heterocíclicas etilenodioxitiofeno (EDOT), tiofeno (TH) e benzotiadiazol (Bz), em duas formas de encadeamento: na primeira os comonômeros foram dispostos de maneira alternada formando as estruturas P(FEd), P(FTh) e P(FBz), e na segunda os pares constituintes da primeira séria foram conectados de forma aleatória formando as estruturas: P(FEd - FTh) e P(FEd - FBz), onde os pares conservaram a mesma proporção empregada na síntese (1:1). Assim, tanto a natureza química como a configuração estrutural foram variadas de maneira sistemática. O efeito destas variações sobre as propriedades eletro-ópticas foi investigado através de medidas térmicas, ópticas, eletroluminescentes, eletroquímicas e fotovoltaicas dos materiais. Os copolímeros alternados apresentaram melhor desempenho fotovoltaico, em comparação com os aleatórios, e o oposto foi verificado em relação às propriedades de eletroluminescência, o que foi atribuído a diferenças no nível de organização macromolecular. Contrariamente ao esperado, os copolímeros com configuração doador-aceptor (D- A) e os aleatórios, com menor gap não apresentaram o melhor desempenho fotovoltaico. Este resultado foi discutido levando-se em consideração morfologia, massa molar, intensidade de absorção e ordenamento macromolecular. O copolímero alternado P(FBz) não apresentou atividade eletroluminescente detectável, provavelmente devido a sua baixa intensidade de absorção.

Abstract: The variation of the physical and electronic properties brought about by the insertion of donor/acceptor groups of different electroaffinities in a polymer backbone were investigated through the synthesis of conjugated copolymers containing fluorene and the following heterocyclic units: ethylenedioxythiophene (EDOT), thiophene (Th) and benzothiadiazole (Bz), in two different enchainments: In the first the comonomers were placed in an alternated way forming the structures P(FEd), P(FTh) and P(FBz), and in the second the building pairs of the first series were connected in a random configuration, forming the structures P(FEd - FTh) and P(FEd - FBz) in which the pairs were present in the same ratio as in the synthesis monomer feed (1:1). This way either the chemical nature as the monomer distribution along the chain were systematically varied.The effect of these variations upon the electro-optical properties was investigated through thermal, optical, electroluminescent, electrochemical and photovoltaic measurements. The alternated copolymers presented better photovoltaic performance as compared to the random ones, and the opposite was verified for the electroluminescent properties, which was assigned to differences at the organization level. Differently of the anticipated behavior, the alternate copolymers with lower gap and donor/acceptor (D-A) character were not the better photovoltaic materials.This result was discussed taking into account the morphology, molar mass, absorption intensity and macromolecular organization. The alternated copolymer P(FBz) did not show any detectable electroluminescence probably due to its low absorption intensity.