Filmes nanoestruturados e nanofibras de semicondutores orgânicos para aplicação em dispositivos fotovoltaicos

Abstract

Devido à busca por alternativas sustentáveis de geração de energia e suas tecnologias, nos últimos anos houve um grande progresso no avanço de novos dispositivos fotovoltaicos e na descoberta de novos materiais que podem proporcionar, através de estudos, um aumento na eficiência e uma redução no custo de produção. Neste trabalho utilizou-se de semicondutores orgânicos para fabricação e caracterização de filmes finos através das técnicas de Langmuir-Schaefer e drop-casting, e de nanofibras através da técnica de eletrofiação para aplicação em dispositivos. Esses filmes foram caracterizados de forma óptica por espectroscopia UV-Visível, morfológica através de Microscopia Eletrônica de Varredura e Microscopia de Força Atômica, e elétrica com corrente contínua para obtenção da condutividade e resistência dos materiais estudados e dos dispositivos, além do estudo da fotocondutividade dos filmes. Após essas caracterizações, os dispositivos foram inicialmente submetidos a estudos elétricos para avaliar seu desempenho. Isso incluiu testes como diodo retificador no escuro e seu desempenho como dispositivo fotovoltaico quando submetido a radiação solar simulada (AM 1,5G). Este estudo permitiu a comparação entre os desempenhos dos filmes finos produzidos por técnicas distintas de deposição. Os filmes produzidos via técnica de Langmuir-Schaefer mostraram uma organização molecular superior e, consequentemente, uma fotocondutividade melhorada, comparados aos filmes formados por drop-casting, que apresentaram uma morfologia menos ordenada. Por sua vez, as nanofibras decoradas por drop-casting demonstraram um aumento potencial na interface de contato, sugerindo uma melhoria na eficiência de conversão devido à maior área superficial e interação material mais efetiva entre os componentes ativos.

Due to the search for sustainable alternatives for energy generation and their technologies, recent years have seen significant progress in advancing new photovoltaic devices and discovering new materials that can, through research, increase efficiency and reduce production costs. In this study, organic semiconductors were used for the fabrication and characterization of thin films through Langmuir-Schaefer and drop-casting techniques, as well as nanofibers through the electrospinning technique, for application in devices. These films were optically characterized by UV-Visible spectroscopy, morphologically by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM), and electrically using direct current to obtain the conductivity and resistance of the studied materials and devices, along with the study of the photoconductivity of the films. After these characterizations, the devices were initially subjected to electrical studies to evaluate their performance. This included tests as rectifying diodes in the dark and their performance as photovoltaic devices when exposed to simulated solar radiation (AM 1,5G). This study enabled the comparison of the performances of thin films produced by distinct deposition techniques. The films produced via the Langmuir-Schaefer technique exhibited superior molecular organization and, consequently, improved photoconductivity compared to the films formed by drop-casting, which presented less ordered morphology. Meanwhile, nanofibers decorated by drop-casting demonstrated a potential increase in contact interface, suggesting improved conversion efficiency due to the larger surface area and more effective material interaction between active components.