Fabricação e caracterização de dispositivos fotovoltaicos utilizando filmes Langmuir-blodgett de polímeros com baixo valor de bandgap

Abstract

Os polímeros conjugados aplicados como camada ativa, em dispositivos optoeletrônicos têm alto potencial tecnológico e tem sido amplamente estudados nas últimas décadas. Estes materiais podem ser processados na forma de filmes finos e dependendo da técnica utilizada pode-se obter filmes organizados e altamente reprodutíveis. Uma das técnicas de deposição que pode proporcionar estas propriedades é a de Langmuir Blodgett (LB) e Langmuir Schaefer (LS). Este trabalho de mestrado teve como objetivo fabricar e caracterizar materiais/filmes com capacidade para aplicação em dispositivos fotovoltaicos Os materiais caracterizados, com este objetivo, foram polímeros de baixo valor de band gap:poli[(4,4-bis(2-etilhexil)-ciclopenta-[2,1-b:3,4-b’]ditiofeno)2,6-diil-alt-(2,1,3-benzotiadiazol)-4,7-diil], PCPDTBT e poli[(4,4’-dioctilditieno[3,2-b:2’,3’d]silol-2,6-diil)-alt-(2,1,3-benzotiadiazol)-4,7-diil)], PDTSBT. Para a fabricação dos filmes ultrafinos foi realizado um estudo de isotermas de pressão superficial por área do monómero (π-A) em uma cuba de Langmuir. As técnicas de LB e LS permitiram o processamento molecular dos materiais através das informações obtidas das isotermas (π-A). As caracterizações ópticas (UV-Vis) foram realizadas para análise de crescimento e da organização das camadas dos filmes finos. Para as medidas elétricas foi utilizado uma fonte de corrente continua para se obter a condutividade e fotocondutividade elétrica dos filmes depositados por LB e LS sobre eletrodos interdigitados. Os filmes fabricados foram utilizados como camadas ativas dos dispositivos fotovoltaicos em uma heterojunção planar, com estrutura basicamente formada por ITO/Polímero/PCBM/Alumínio. Foram realizadas medidas de densidade de corrente versus tensão (J vs V) sob iluminação de um Simulador Solar para o cálculo de eficiência da célula.

The conjugated polymers applied as active layer in optoelectronic devices, have high technological potential and have been widely studied in recent decades. These materials can be processed in the form of thin films, and depending on the technique used one can obtain organized and highly reproducible films. One of the deposition techniques that can provide these properties is Langmuir Blodgett (LB) and Langmuir Schaefer (LS). This master 's work was designed to manufacture and characterize materials / films with potential for application in photovoltaic devices. The materials characterized for this purpose, were low bandgap value polymers: poly [(4,4-bis (2-ethylhexyl) cyclopenta- [2,1-b: 3,4-b '] dithiophene) 2,6-diyl-al- (2,1,3-benzothiadiazole) - 4,7-diyl] PCPDTBT and poly [(4,4'-dioctyldithieno [3,2-b: 2 ', 3'd] silol-2,6-diyl) -alt- (2,1,3-benzothiadiazol) -4,7- ] PDTSBT. For the production of ultrafine films, a study of surface pressure isotherms by area of the monomer (π-A) in a Langmuir trough was performed. The LB and LS techniques allowed the molecular processing of the materials through the information obtained from the isotherms (π-A). The optical characterizations (UV-Vis) were performed for analysis of the growth and organization of thin film layers. For the electrical measurements, a DC current source was used to obtain the electrical conductivity and photoconductivity of the films deposited by LB and LS on interdigitated electrodes. The films manufactured were used as active layers of the photovoltaic devices in a planar heterojunction, with structure basically formed by ITO / Polymer / PCBM / Aluminum. Measurements of current versus voltage density (J vs V) were performed under illumination of a Solar Simulator to calculate cell efficiency.