Структурні та спектральні властивості гетероциркуленів і сенсибілізуючих барвників для фотоелектричних перетворювачів

Abstract

Дисертаційна робота присвячена дослідженню електронної будови та спектральних властивостей гетероциркуленів, органічних та металокомплексних фотосенсибілізуючих барвників у контексті їх застосування у світловипромінюючих пристроях та сонячних елементах Гретцеля. У роботі показано, що висока симетрія гетероциркуленів накладає обмеження на їх люмінесцентні властивості, на основі чого було синтезовано новий клас гетероциркуленів – азаоксо[8]циркулени та охарактеризовано їх структурні та спектральні властивості. Особливу увагу у роботі приділено ароматичним властивостям гетероциркуленів як перших представників плоских антиароматичних циклооктатетраенів. На основі квантово-хімічних досліджень кристалічної структури гетероциркуленів показано, що сильні міжмолекулярні взаємодії обумовлюють їх здатність до формування міцних стекінг-димерів, що викликає помітні збурення електронних оболонок сусідніх молекул. Окрема увага у дисертаційній роботі приділена початковому механізму генерації електричного струму у сонячних елементах Гретцеля. Зокрема показано, що основною вимогою до фотосенсибілізуючих барвників є здатність першого збудженого стану до електронної інжекції в зону провідності напівпровідника. При цьому можливі два шляхи заселення цього стану: 1) прямий, за рахунок інтенсивного S0→S1 поглинання з перенесенням заряду; 2) опосередковано із залученням вищих збуджених станів за схемою S0→Sn→S1. Встановлено, що конформація молекули фотосенсибілізатора є важливим фактором, який визначає ефективність перенесення та розділення зарядів при фотозбудженні, важливу роль у чому відіграють численні невалентні взаємодії, вперше охарактеризовані у дисертаційній роботі для досліджених органічних барвників.