- 學位論文
Single Molecule Spectroscopy Studies of the Conformational Structure and Fluorescence Properties of Poly(3-hexylthiophene) and Poly(9,9-dioctylfluorene) Isolated Chains
摘要
摘要 共軛高分子廣泛應用於高分子太陽能電池與高分子發光二極體，其中常見的共軛高分子如poly(3-alkylthiophene)s (P3AT), Poly(3-hexylthiophene) (P3HT) 和poly(9,9-dioctylfluorene) (PFO)。 此論文主要為藉由單分子光譜儀探討單一共軛高分子鏈之構型與發光性質。 對於 P3HT 共軛高分子，主要探討P3HT主鏈不同的regioregularity，包含regioregular 和 regiorandom P3HT (分別命名為rr-P3HT 和 ra-P3HT)，其單一分子鏈之構型與發光性質受到不同溶劑性質之影響。 單一P3HT 高分子溶於polystyrene與tetrahydrofuran (THF) 或 toluene溶液中並且塗布成單分子薄膜。 ra-P3HT 單一高分子鏈因平均較短之共軛長度而呈現較高能量放光，然而rr-P3HT 單一高分子鏈因平均較長之共軛長度而呈現較低能量放光。藉由single molecules polarization modulation 的量測，rr-P3HT 單一高分子鏈當使用THF為溶劑時主要是呈現defect cylinder 結構,若使用toluene為溶劑則主要是呈現rod 結構。當使用toluene為溶劑時，由於toluene相對弱極性，使得高分子鏈在toluene中為減少高分子與溶劑之作用而提升高分子鏈段內部之排列。然而，不同溶劑的對ra-P3HT 單一高分子鏈之構型與發光性質無顯著影響。. 在此論文研究中，我們也提出藉由在P3HT高分子鏈末端加上拉電子基團triazole (TAZ) 或 oxadiazole (OXD)來提升高分子鏈內部電子傳遞效率以提升高分子太陽能電池之原件效率。由單分子光譜儀研究結果顯示，當P3HT高分子鏈末端接上拉電子基團時，末端拉電子基團會與鄰近P3HT單體形成新的較低能階之物質，近而加速光激發之高分子內部電子傳遞效率。同時藉由量子模擬計算， 末端基團oxadiazole (OXD)與P3HT主鏈呈現較佳之共平面性，使得主鏈電子易delocalize至OXD末端基團，而triazole (TAZ)與P3HT主鏈較差之共平面性也大幅降低主鏈電子傳遞之末端基團之效率。 此外，對於PFO高分子系統，藉由末端基團加上拉電子基團也可有效提升PFO主鏈之Cβ conformers之形成，透過單分子光譜儀對此現象進行探討，顯示末端基團之拉電子特性，可有效促進PFO主鏈上之Cβ conformers形成，與在巨觀薄膜所得之現象一致，隨著Cβ conformers形成的量變多，也同時增加PFO高分子在高分子發光二極體之元件效率。