CC BY
12MIS FTALOSIANIN PIGMENTI ASOSIDAGI YARIMO'TKAZGICH BO'YOQLARNING TADQIQOTI
1Shukurov D.X., 2Eshimbetova D.O., 3Jalmatova G.S.
1DTPI, PhD, 2DTPI, talaba, 3TerDU, talaba https://doi.org/10.5281/zenodo.11114072
Annotatsiya. Ushbu ishda ftalosianinlarga asoslangan organik yarimo'tkazgich materiallarning ishlatilish sohalari va fotokimyoviy xususiyatlari tadqiq qilingan. Shuningdek, sintez qilingan mis ftalosianin pigmentining optik, yarimo'tkazuvchanlik, volt-amper va termik analizi natijalari asosida uning tahlilma'lumotlari keltirilgan.
Tayanch so'zlar: Ftalosianin, mis ftalosianin, pigment, yarimo'tkazgich, optik, termik analiz, quyosh element.
Аннотация. В данной статье исследуются области применения и фотохимические свойства органических полупроводниковых материалов на основе фталоцианина. Также представлены данные его анализа по результатам оптического, полупроводникового, вольт-амперного и термического анализа синтезированного фталоцианинового пигмента меди.
Ключевые слова: Фталоцианин, фталоцианин меди, пигмент, полупроводник, фотохимический, термический анализ, солнечные элементы.
Abstract. In this study examines the fields of application and photochemical properties of organic semiconductor materials based on phthalocyanine. Moreover, presented are the data of its analysis based on the results of optical, semiconductor, current-voltage and thermal analysis of the synthesized phthalocyanine copper pigment.
Keywords: Phthalocyanine, copper phthalocyanine, pigment, semiconductor, photochemical, thermal analysis, solar cells.
Kirish
Molekulyar yarimo'tkazgichlami, xususan ftalosianinlarni amalda qo'llashning eng istiqbolli yo'nalishlari bu ularni organik yorug'lik chiqaradigan qurilmalarda (OLED) [1] quyosh elementlarida va boshqa elektronika sohalarida qo'llanilishi bugungi kunda intinsiv o'rganilayotgan tadqiqot yo'nalishlardan biri hisoblanadi.
Ftalosianinlarga asoslangan organik yarimo'tkazgichlarning eng muhim afzalliklari ularning yaxshi optik va elektrik xususiyatlari, ishlab chiqarish qobiliyatining mavjudligi, ekalogik toza atrof muhitga qulayligi va iqtisodiy tejamkorligi kelajakda ular ko'plab yangi ilmiy tadqiqot yo'nalishlarining ochilishida muxim ahamiyatga kasb etadi.
Metall ftalosianinlardan biri bo'lgan mis ftalosianin pigmentining noyob fotokimyoviy xususiyatlari hisobidan LCD-larda[2] yani suyuq kristallarga asoslangan ekranlarda, lazerli printerlarda, eng muhimi organik bo'yoqlarga sezgir quyosh elementlarda foydalanish uchun muhimdir.
Ftalosianinlar, polimer molekulalari kabi organik yarimo'tkazgichlarning yangi avlodi yani metall polimerlari uchun asos bo'lib xizmat qiladi. Metall saqlagan ftalosianinlar zamonaviy mikroelektronika va nanotexnologiyalarning barcha tarmoqlarida foto sensibilizatorlar sifatida ishlab chiqarishga tadbiq etilgan [3]. Markaziy atom sifatidagi metall va metalsiz ftalosianinlar qolaversa, ligandlar sifatidagi qatnashadigan ftalangidrid bilan bog' hosil qilib geterotsiklik birikmalar saqlagan metall ftalosianinlar sintezi va tadqiqoti kelajakda ko'plab yangi turdagi
yarimo'tkazgich va fotoanod materiallar ishlab chiqarish kabi ilmiy tadqiqot yo'nalishlarini ochilishida juda katta ahamiyatga ega. Ftalosianinlar kuchli kislotalar va ishqorlar bilan o'zaro ta'sir qilmaydi shuningdek, spektrlarning infraqizil va ko'rinadigan qismida ahamiyatli optik yutilishga ega [4]. Metall tutgan ftalosianin molekulasi tarkibidagi ligandlar bilan bog'lanadigan funksional guruhlarni kiritish orqali makrosikllar sonining ko'paytirish natijasida ftalosianin komplekslarining elektr va optik xususiyatlari qanday o'zgarishi bo'yicha qolaversa, murakkab organik yarimo'tkazgichlarda sodir bo'ladigan optik va elektrofizik jarayonlarni tavsiflash muhim ahamiyatga ega.
Ftalosianin pigmentlarining yarimo'tkazgich xususiyatlari tadqiqoti
Ko'plab tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, ftalosianin komplekslari samarali fotosensir sifatida ham ishlatishga tavsiya etilmoqda. Turli xil tuzilishga ega ftalosianin komplekslariga asoslangan ko'pkomponentli yarimo'tkazgich strukturasini yaratishda natijasida o'tkazuvchanlikning sezilarli darajada kuchayishiga erishish mumkin va spektrning ko'rinadigan va yaqin infraqizil mintaqasida fototok hosil qiladi [5].
Ftalosianinlarning yarimo'tkazgich xususiyatlari, ularning kimyoviy tuzilishi yani, ftalosianin halqasiga, markaziy metall atomiga va elektronlari qo'zg'algan holatda turgan molikulalarga biriktirilgan o'rinbosar radikal guruhlarga qarab farq qiladi. Ko'pincha organik moddalarning yarimo'tkazgich xususiyatlari ularning amorf, kristalli yoki polikristalli tuzilishiga asoslanadi. Bunday materiallarda yaxshi strukturani olishning asosiy hal qiluvchi usuli bu usulni optimallashtirishdir. Yuqori o'tkazuvchanlik qiymatiga ega konvertsiya qiymati katta bo'lgan materiallar olish uchun organik materialni shaffof o'tkazuvchan substratga yotqizish yoki eritma muhitida shimdirish orqali amalga oshiriladi.
Metall ftalosianin kabi organometall murrakkab kompleks birikmalar organik yarimo'tkazgich materiallarni olish uchun mos keladi. Chunki kristall holatida qo'shni molekulalarning delokalizattsiyalangan elektronlar bilan bog'langan p-orbitallari bir biri bilan ustma-ust tushishi yani qoplanishida g bog' orqali amalga oshadi bunda (elektron o'tishlarda d-orbitallar ham ishtirok etadi) yuqoridagi holatlar metall ftalosianinlarda yarimo'tkazgich xususiyatlarining paydo bo'lishiga olib keladi . Metall ftalosianinlardagi bunday uyg'unlashgan tizim p-orbitallarning bir biriga to'g'ri keladigan joylarga ega bo'lib, ular oddiy diagrammalarda p-bog'lanishga ega emasligini ko'rsatadigan qo'shni joylarni ko'paytiradi. Natijada, n -elektronlar bitta bog'lanish yoki bitta atomga tegishli emasligi, n -elektronlarning barcha qo'shni p-orbitallar bo'ylab delokalizatsiyaga uchrashiga imkon beradi [6].
Bunday delokalizattsiya yani qo'zg'algan elektronlarning orbitallar bo'ylab harakatlanishi yoki o'tish holati metall ftalosianinlardan tashqari grafen, grafit, yarimzo'tkazgich polimerlar va uglerodli nonotrupkalarda uchraydi [7].
Shuningdek, metall ftalosianinlarning yarimo'tkazuvchanlik hususiyalarini taminlaydigan xossalaridan biri shundan iboratki, ularda markaziy atom sifatida metall atomining mavjudligi va elektronlarning in'eksiyasi natijasida substratdan organik materialgacha molekulalararo zaryad uzatilishini ta'minlaydi. Mis ftalosianinning zaryad tashuvchilari eng yuqori harakatchanlikka ega va mis ftalosianin asosidagi plyonkalarida elektronlarning o'rtacha erkin yurishi 2,3 nm dan 6,4 nm gacha o'zgarishi mumkin. Bundan tashqari, mis ftalosianin pigmenti o'tkazuvchanlikning n -tipiga kiradi, yani bularda ortiqcha erkin elektronlarning mavjudligi bunga sabab bo'ladi [8].
Ftalosianinlarning optik xossalari
Metall ftalosianinlarning yutilish spektrlari 300-400 nm va 650-700 nm mintaqalarida ikkita juda zich bog'ga ega. Bundan tashqari, assimilyatsiya spektridagi cho'qqilarning shakli va
holati periferik va markaziy atam yoki o'rinbosarlarning tarkibiga shuningdek, strukturalarning o'ziga xos xususiyatlariga qarab o'zgarishi mumkin. Yarimo'tkazgich metall ftalosianin pigmenti molekulalari quyoshdan yorug'lik yutganda elektronlar eng yuqori energiya bilan ishg'ol qilingan molekulyar orbital (HOMO) darajasidan eng past energiya bilan ishg'ol qilingan molekulyar orbital (LUMO) bilan elektron uzatishni taminlash uchun ushbu pigment bo'yoq orbitallari va yarimo'tkazgichning energiya tarmoqlari orasidagi o'zaro bog'liqlik holati e'tiborga olinishi kerak
[9].
HOMO va LUMO lar mos ravishda eng yuqori egallagan molekulyar orbital va eng past egallagan molekulyar orbitallar bo'lib, qo'zg'algan elektronlarning harakatlanish zonasi hisoblanadi 1-sxema. Quyidagi sxemada (B) va (Q) mintaqalarda eng yuqori va quyi yutilish sohada elektronlarning harakatlanish yo'nalishi yani, HOMO va LUMO o'rtasidagi energiya farqi yoki, HOMO-LUMO oralig'i ba'zida chegara orbitallari ham deb nomlanadi [10]. Ushbu ikkita chegara orbitallari orasidagi elektronlarning o'tish energiya farqi metall ftalosianinlarning optik xususiyatlarini tushayotgan nurga munosabatini shuningdek, pigmentlarning intinsivligini va barqarorligini hamda ularning eritmadagi ranglarini taxmin qilish uchun ishlatilishi mumkin.
HOMO va LUMO orbitallari orasidagi elektron o'tish yani, qo'zg'algan elektronlarning zonalari bo'ylab harakatlanish yo'nalishi markaziy atomdagi metall va ftalosianin halqasining chetlaridagi o'rinbosar radikal molekulalar aniqlaydi. Ushbu holatlar orasidagi elektron o'tish ikkita qo'zg'algan holatni hosil qiladi. Markaziy atomdagi metall va ligandlarning chetlaridagi molekulyar guruhlar HOMO va LUMO o'tish energiyalariga ta'sir qiladi. Mana shunday yuqoridagi yondashuvlar ftalosianinlar fizikasi va kimyosida ularning yarimo'tkazuvchanlik va fotosensibilizatsiya hususiyatlarini tavsiflashda qo'llaniladi.
■
1 ML 1 (1-2) I [ Ol
. . -LAJ (1-3 II ) ---------
HOMO
1-sxema. Metall ftalosianinlarda qo'zg'algan elektronlarning energiya sathlari bo'ylab xarakatlanishi.
Ftalosianin molekulalari ko'rinadigan va infraqizil nurlarga juda yaxshi optik yutilish xususiyatini namoyish etadi. Adabiyotlarda ko'pchillik metal ftalosianinlar juda yaxshi optik yutilish sohasi 400 nm dan 700 nm oraliq mintaqalarda juda yahshi assimilyatsion spektrlarini ko'rsatishi keltirilgan Bundan tashqari ularning assimilyatsiya spektrlari markaziy atom va ligandlardagi o'rinbosar radikallarning turiga qarab farq qilishi mumkin ushbu yutulish sohalar optik kengayish jihatdan axamiyatli materiallardir.
Mis ftalosianin pigmentining volt-amper xossalari tadqiqoti
Organik yarimo'tkazgichlarning zaryad tashuvchilari ularning molekulasidagi p-n o'tishning mavjudligi yani, elektron yoki kovaklarning mavjudligi bilan izohlanadi. Ftalosianinlarda esa zaryad tashuvchilar delokalizattsiya qilingan n -elektronlarning qo'zg'alishi natijasida hosil bo'ladi. Ftalosianinlarda zaryad tashuvchilarni hosil qilish uchun zarur bo'lgan aktivlanish energiyasi molekuladagi delokalizattsiya sonining ko'payishi bilan kamayadi va bu huddi issiqlik energiyasi tartibida bo'lishi mumkin.
Quyidagi 1-rasmda mis ftalosianin pigmenti asosida xosil qilingan kontaktda DT 9205A multimeter yordamida 10 kun davomida quvvat chiqishini (mV) larda o'lchash orqali olingan qiymatlar keltirildi.
600
500
400
300
200
100
0
123456789 10
BaKT,(KyH)
Rasm-1. Mis ftalosianin pigmenti asosida xosil qilingan kontaktdan quvvat chiqishi
(mV).
Metall ftalosianin asosidagi bo'yoq molekulalarining yorug'likni yutish xususiyatlarini sinovdan o'tkazish davomida mis ftalosianin pigmentining 10 % li eritmasidan foydalanildi. Yarimo'tkazgich mis ftalosianin pigmentini dimetilformamiddagi eritmasini shaffof pastinka yordamida kontakt xosil qilib quvvat chiqishini yani, kuchlanish va tok kuchi qiymatlarini o'lchashdan maqsad, bu biz tavsiya etayotgan yarimo'tkazgich pigmentning fotoelektrik va voltamper xususiyatlari turg'unligini o'rganish juda muhim xisoblanadi. Bizning o'lchovlarimiz davomida kunlik ov-havo sharoitiga va kunning qismiga qarab quvvat chiqishi kuchlanish va tok kuchi qiymatlari o'zgarib turardi shuni hisobga olib kunning xar-hil qismida o'lchovlar olinib ularning o'rtacha qiymatlari keltirildi. Yuqoridagi natijalardan kuchlanish va tok kuchining eng yuqori ko'rsatgich sifatida birinchi kun 530 (mV) eng past ko'rsatgich sifatida esa o'lchashning ohirgi kuni 261 (mV) qiymatlar qayd etildi.
Kam samaradorlikka erishishga qaramay mis ftalosianin pigmentini yangi avlod quyosh elementlari uchun samarali yarimo'tkazgich pigment sifatida o'z kuchini ko'rsatdi. Shuning uchun, mis ftalosianin pigmentini yangi avlod quyosh elementlarini tayyorlash uchun muqobil yarimo'tkazgich pigment bo'lishi mumkin. Ftalosianin va uning xosilalari asosidagi pigmentlar sintez qilish texnikasi bo'yicha qo'shimcha tadqiqotlar samaradorlikni oshirish uchun juda muhimdir.
Xulosa
Tahlillardan shuni xulosa qilish mumkinki, mis ftalosianin pigmentining UB-Vis spektrofotometrdagi tahlil natijalaridan uning fotosentsibilizatorlik qobilyati aniqlandi. Shuningdek, mis ftalosianinning volt-amper harakteristika tahlil ma'lumotlariga asoslanib ulardan
>
B
¥ s
X
«
n
ST £
yangi avlod quyosh elementlarini yaratishda quyosh nuriga sezgir pigment sifatida foydalanish mumkin. Tadqiqot davomida kichik samaradorlikka erishishga qaramay ular bo'yoq- sezgir quyosh elementlarida sezgir bo'yoq sifatida o'z kuchini ko'rsatdi. Ftalosianinlar, metall tutgan ftalosianinlar shuningdek, mis ftalosianin termik jihatdan barqaror ekanligi, yarimo'tkazuvchanlik va optik jihatdan ajoyib xossalarni namoyon qilishi uning kelajakda ishlatilish sohasini kengaytiradi va yangi ishlab chiqarish yo'nalishlarining ochilishiga zamin bo'ladi.
Foydalanilgan adabiyotlar
1. D. Hohnholz, S. Steinbrecher, and M. Hanack. //Applications of phthalocyanines in organic light emitting devices//. J. Mol. Struct., 2000.,521(1-3), rr. 231-237.
2. M. G. Walter, A. B. Rudine, and C. C. Wamser. Porphyrins and phthalocyanines in solar photovoltaic cells. J. Porphyr. Phthalocya., 2010, 14(09), rr.759-792.
3. G. Guillaud and A. Leroy. Phthalocyanine-based field-effect transistor as ozone sensor. Sens. Actuators, 2001. B, 73, rr.63-70.
4. J. Brunet, A. Pauly, L. Mazet, J. Germain, M. Bouvet, and B. Malezieux.Improvement in real time detection and selectivity of phthalocyanine gas sensors dedicated to oxidizing pollutants evaluation. Thin Solid Films, 2005, 490(1), rr. 28-35.
5. Umarov Sh, Turaev Kh, Kasimov Sh, D. Shukurov, P. Tojiyev, A. Djalilov, "Improvement of the Properties of Composite Materials Due to the Inclusion of Metal Phosphates in Polyethylene, Polypropylene and Polyamide-66," International Journal of Engineering Trends and Technology, vol. 71, no. 8, pp. 304-317, 2023. Crossref, https://doi.org/10.14445/22315381/IJETT-V71I8P227.
6. Shukurov D.Kh, Turaev Kh.Kh., Kholnazarov B.A., Kasimov Sh.A., Jumaeva Z.E., Tillayev Kh.R., "Synthesis of Zinc Phthalocyanine Pigment and its Application to New Generation Solar Cells," International Journal of Engineering Trends and Technology, vol. 71, no. 4, pp. 453461, 2023. Crossref, https://doi.org/10.14445/22315381/IJETT-V71I4P238.
7. Shukurov D.Kh, Turaev Kh.Kh., Kholnazarov B.A., Kasimov Sh.A., Jumaeva Z.E., Tillayev Kh.R., "Synthesis of Zinc Phthalocyanine Pigment and its Application to New Generation Solar Cells," International Journal of Engineering Trends and Technology, vol. 71, no. 4, pp. 453461, 2023. Crossref, https://doi.org/10.14445/22315381/IJETT-V71I4P238.
8. O. Berger, W.-J. Fischer, B. Adolphi, S. Tierbach, V. Melev, and J. Schreiber.,// Studies on phase transformations of Cu-phthalocyanine thin films// Journal of Mater.Sci.: Mater. Electron., 2000, 11(4), rr.331-346.
9. Aristov V. Yu., Molodtsova O. V., Maslyuk V. V., Vyalikh D. V., Zhilin V. M., and Ossipyan Yu. A., Bredow T., Mertig I., Knupfer M., Electronic structure of the organic semiconductor copper phthalocyanine: Experiment and theory. //The Journal of Chemical Physics, 2008, vol.128, pp.034703-1-034703-7.
10. Facchetti A., Semiconductor for organic transistors. // Materialstoday, 2007, vol.10,3, pp.2837.
