Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2016. / Neste trabalho são apresentados os passos para desenvolvimento de uma célula solar orgânica de heterojunção dos polímeros semicondutores P3HT e N2200. O dispositivo foi desenvolvido em forma de filmes de materiais poliméricos sobrepostos sobre um substrato de vidro (FTO). Foram testadas algumas misturas com proporções em peso de P3HT:N2200 como filme fino da camada ativa. Os métodos de deposição dos filmes foram o de spin coater (com as soluções preparadas usando o clorofórmio) e evaporação térmica em câmara de alto vácuo. O PEDOT:PSS foi usado como camada transportadora de buracos e o C60 como camada transportadora de elétrons. O alumínio foi usado como eletrodo de topo. O trabalho experimental foi dividido em duas partes. Na primeira, foi realizada a caracterização óptica e morfológica dos filmes resultantes da deposição pelo método de spin coating. O espectro de absorção do filme de P3HT apresentou uma banda entre 350 e 670nm. O espectro de absorção do filme de N2200 apresentou duas bandas: a primeira entre 350 e 465nm e a segunda entre 477 e 850nm. Os espectros de todos os filmes das misturas apresentaram uma grande banda de absorção, variando de 350nm a 850nm. A caracterização morfológica dos filmes da mistura dos dois polímeros permitiu observar a presença de furos nos filmes. Na segunda parte, foi feita a caracterização óptica e morfológica em novos filmes para efeitos de comparação. Os espectros de absorção dos filmes se comportaram de maneira semelhante aos obtidos na primeira parte. Houve uma pequena variação na intensidade de absorção ocasionada pela mudança da concentração das soluções usadas para deposição. O estudo de fotoluminescência dos filmes permitiram observar a emissão do P3HT entre 600 e 800nm e uma faixa de emissão do N2200 entre 760 e 850nm. As morfologias dos filmes feitos na segunda parte não apresentaram furos, mas sim alguns glóbulos por toda a área analisada. A caracterização elétrica foi realizada somente na segunda parte do trabalho e foi feita em dispositivos montados com a seguinte estrutura: FTO/PEDOT:PSS/P3HT:N2200/C60/Alumínio. Além das diferentes proporções do filme da camada ativa, foram feitos dois tipos de dispositivos com filmes de C60: o primeiro com espessura de 10nm e o segundo com 30nm. Os dispositivos com a camada de 30nm de C60 apresentaram melhores valores de eficiência de conversão de potência (η) quando comparados aos dispositivos com 10nm. O dispositivo com melhor eficiência (η = 0,22%) foi o de proporção 1:1 de P3HT:N2200 e filme de C60 com 30nm. Nas análises de eficiência quântica externa (IPCE) foi observada uma maior contribuição da absorção do C60 para a fotocorrente. A contribuição da absorção do P3HT e do N2200 (bem pequena) só pôde ser vista nos dispositivos com 30nm de C60. / This work shows the steps for development of an organic solar cell semiconductor heterojunction polymer P3HT and N2200. The device is designed in the form of polymeric material films superimposed on a glass substrate (FTO). They were tested some blends with ratio by weight of P3HT: N2200 as thin film of the active layer. The methods of film deposition were spin coater (with solutions prepared using the chloroform) and thermal evaporation in a high vacuum chamber. The PEDOT: PSS was used as a hole transporting layer and the C60 as electron transport layer. Aluminum was used as the top electrode. The experimental work was divided in two parts. At first, the optical and morphological characterization of the films resultant from deposition by spin coating method was performed. The P3HT film absorption spectrum showed a band between 350 and 670nm. Already, N2200 film absorption spectrum showed two bands: the first between 350 and 465nm, and the second between 477 and 850nm. The spectra of all blends films showed a large absorption band ranging from 350nm to 850nm. The morphological characterization of films of the two polymers of the blend allowed to observe the presence of holes in the film. The second part was made optical and morphological characterization in new films for comparison. Films absorption spectra whether behaved in a manner similar to those obtained in the first part. There was a small variation in the absorption intensity caused by the change of the concentration of the solutions used for deposition. The photoluminescence study of the films allowed to observe the emission of P3HT between 600 and 800nm and an emission range of between 760 and 850nm N2200. The morphology of the films made in the second part showed no holes, but some globules throughout the analyzed area. The electrical characterization was performed only in second part and was made into assembled with the following structure: FTO/PEDOT: PSS/P3HT:N2200/C60/Aluminium. Besides, the different ratios of the active layer film, there have been two types of devices with C60 films: the first with a thickness of 10nm and seconds with 30nm. The devices with the layer of 30nm C60 showed better power conversion efficiency (η) values compared to devices with 10nm. The device with better efficiency (η = 0.22%) was the 1: 1 ratio of P3HT: C60 N2200 and film with 30nm. The external quantum efficiency (IPCE) analysis was observed a greater contribution of C60 absorption to the photocurrent. The contribution of absorption of P3HT and N2200 (very small) could only be seen on devices with 30nm C60.

This Ph.D. Thesis focuses on the investigation of organic photovoltaic (OPV) technology, especially in aspects of experimental device processing, and optoelectronic and electrical characterization on OPV devices to be readily marketable. More specifically, the topics addressed are the following: origin of recombination current,open-circuit voltage and crystallinity, transport driving force, contact selectivity and interface states, alternative hole transporting layers and oxygen and degradation routes.

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / Nesse trabalho são apresentados o desenvolvimento e a caracterização de filmes orgânicos de resina acrílica aditivados com 8 moléculas fotossensíveis doadoras de elétrons da classe diazol e aceptores da classe tetrazol. Os filmes foram processados utilizando-se a técnica de spin coating. A caracterização óptica dos filmes foi realizada pelas técnicas de espectroscopia de fluorescência e UV-Vis. A estabilidade térmica foi avaliada por análise termogravimétrica, sendo que a estabilidade fotoquímica foi analisada por infravermelho com transformada de Fourier. Os compostos em solução e impregnados em resina apresentaram fluorescência. A energia dos orbitais de fronteira foi analisada por estudo eletroquímico apresentando 3,18eV a 4,66eV para o band gap. A morfologia dos filmes foi caracterizada por microscopia de força atômica. Observou-se grande estabilidade dos filmes dopados obtidos, assim como, uma sensível redução da fotoconversão. As análises de absorção e emissão dos filmes dopados apresentaram significativa redução quando comparado com compostos puros em solução, apesar de utilizar as mesmas concentrações na solução e em filmes. Para determinar a eficiência de transição eletrônica, o rendimento quântico dos filmes foi determinado. O filme, dopado com a molécula 5, apresentou as melhores propriedades para utilização em dispositivos fotovoltaicos.

Submitted by Etelvina Domingos (etelvina.domingos@ufpe.br) on 2015-03-12T18:05:01Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Thaises Brunelle de Lima.pdf: 2138377 bytes, checksum: 3d7f6e7b30968db5465114bb99e5b693 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-12T18:05:01Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Thaises Brunelle de Lima.pdf: 2138377 bytes, checksum: 3d7f6e7b30968db5465114bb99e5b693 (MD5) Previous issue date: 2014 / CNPq / Partículas com caráter Janus são aquelas que apresentam características distintas em cada um de seus hemisférios. Esse tipo de partículas tem atraído muita atenção em áreas de pesquisas diversas. Neste trabalho preparamos nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) com característica Janus através de um método simples, chamado método de emulsão de Pickering. Estas partículas foram caracterizadas através de microscopia eletrônica de varredura. Como aplicação destas partículas, elas foram utilizadas em dispositivos fotovoltaicos orgânicos de heterojunção de volume, que consiste em uma camada ativa de materiais interpenetrados e colocados entre os eletrodos. A camada ativa era composta pelo polímero condutor Poli (1 - metoxi-4-(2-etil-hexiloxi)-p-fenilenovinileno) (MEHPPV), que funciona como doador de elétrons, e nanotubos de carbono de múltiplas camadas (MWCNT) foram usados como aceitadores de elétrons. Os dispositivos preparados foram analisados através da caracterização elétrica, onde realizamos medidas de fotocondutividade com o intuito de comparar os sistemas com camada ativa pura, com adição de nanopartículas de TiO2 e com adição das nanopartículas de TiO2 com características Janus.

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito para a obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / Células solares são dispositivos que convertem energia solar em elétrica por intermédio do efeito fotovoltaico, observado em semicondutores como a pirita (FeS2). Por seu band gap de 0,95 eV e sua coloração escura, que favorece a absorção de luz, esse mineral desperta o interesse de pesquisadores que buscam materiais semicondutores alternativos ao silício. Apesar de seu potencial como matéria-prima para diferentes segmentos da indústria, quando a pirita provém da mineração do carvão, é tratada como rejeito e sua disposição culmina em problemas ambientais para as regiões carboníferas. Diante desses fatos, elevar o grau de pureza do rejeito piritoso, objetivo deste trabalho, aumentando seu teor de dissulfeto de ferro, fortalece a possibilidade de transformá-lo em subproduto de maior valor agregado, inclusive para o setor de dispositivos fotovoltaicos. Considerando as análises das impurezas presentes na pirita da região sul catarinense, sugeriu-se uma rota de beneficiamento baseada em separação por densidade em bromofórmio e lixiviações sucessivas em água e solução de solvente orgânico. Aplicaram-se metodologias estatísticas para definição dos parâmetros de lixiviação e a eficiência do processo foi avaliada e comprovada por fluorescência de raios X (FRX), análise elementar (CHNS/O), difratometria de raios X (DRX) e espectrometria de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Suas propriedades elétricas classificam as piritas in natura e concentrada como semicondutoras. O beneficiamento extraiu impurezas como calcita, quartzo, presente na fração argilosa e arenosa, e sulfato ferroso, elevando a condutividade do rejeito em aproximadamente uma ordem de grandeza. As metodologias propostas não removeram óxidos de ferro, que contribuíram para o band gap de 1,7 eV, dentro da faixa considerada ideal para células solares.

Recentemente tem sido observado grande avanço na área de fotovoltaicos orgânicos e híbridos. Esses dispositivos baseiam-se em diferenças de energia eletrônica nas interfaces dos componentes de uma heterojunção, onde as heterojunções dispersas obtidas via arranjos interpenetrantes com estes dois compostos, em dimensões sub-20-nm, permite coleção efetiva dos portadores de carga fotogerados, mesmo com pequeno comprimento de difusão do éxciton e baixa mobilidade dos portadores de carga. Desta maneira, o estudo e a modificação da interface entre as duas fases é essencial para melhorar a eficiência de conversão desses dispositivos. Este trabalho tem como objetivo investigar heterojunções de dióxido de titânio (TiO2)/poli(3-hexil tiofeno) (P3HT) como camadas ativas em dispositivos fotovoltaicos híbridos. Essas heterojunções são atraentes para fotovoltaicos híbridos por permitir a nanoestruturação do metalóxido antes da incorporação do polímero, levando à obtenção de elevada área interfacial e com a possibilidade de ajustar as propriedades interfaciais mantendo o caráter aceitador/doador desta heterojunção. Os filmes de TiO2 foram obtidos a partir de dispersões coloidais de nanopartículas de anatase, enquanto aqueles de P3HT foram obtidos a partir de sua solução de 1,2-diclorobenzeno. Como eletrodos foram utilizados o óxido de índio dopado com óxido de estanho (ITO) e ouro (Au). A caracterização elétrica e espectroscópica indicou que os parâmetros fotovoltaicos, bem como absorção e fotoluminescência, dependem da submissão dos dispositivos a tratamentos térmicos post-production, evidenciando que o aquecimento induz a mudanças conformacionais no polímero, alterando a interface óxido/polímero. A introdução de grupos carboxilato nas ramificações 3-hexil do P3HT permite melhor contato entre óxido/polímero, sendo favorecido por tratamento térmico. Mais ainda, a infiltração do polímero em filmes de TiO2 nanocristalino levou à obtenção de dispositivos fotovoltaicos de considerável estabilidade, apresentando atividade mesmo após 6 meses após a elaboração destes. Finalmente, neste trabalho também é proposta a utilização de um complexo a base de ftalocianina de zinco como modificador de interface do TiO2, cuja absorção estende a janela espectral do dispositivo até o vermelho e infravermelho próximo. Estudos de fenômenos de transporte, levando-se em conta a fotogeração de portadores e sua recombinação, foram realizados por medidas do espectro de fotocondução no dispositivo / Recently a fast development in organic and hybrid photovoltaic field has been observed. Such devices are fabricated by organic semiconductors within components of a heterojunction, in which bulk heterojunctions obtained via interpenetrating networks at the sub-20-nm length scale. It permits the effective collection of photogenerated charge carriers even with low exciton diffusion length and low charge carrier mobilities. Therefore, the study of material properties and the interface modification are essential to improve the power efficiency of such devices. The goal of this work is to investigate heterojunctions of titanium dioxide (TiO2) and poly(3-hexyl thiophene) (P3HT) as active layers in hybrid photovoltaic devices. Such heterojunctions are attractive since the metaloxide can be nanostructured previous the infiltration of the polymer within the nanocrystalline phase, leading on large interfacial area with the possibility to tune the interfacial properties keeping the acceptor/donor character of the two components. Titania films were obtained from colloidal dispersions of anatase nanoparticles, while P3HT from its solution in 1,2-dichlorobenzene. The electrodes were indium-tin oxide (ITO) and gold (Au). Electrical and spectroscopic characterization shows the photovoltaic parameters, as well as absorption and photoluminescence, depends on post-production treatments, evidencing that heating induces conformational changes in the polymeric phase, changing the oxide/polymer interface. The introduction of carboxyl groups at 3-hexyl ramifications in P3HT permits better contacts between oxide and polymer by chemisorption, being favored by thermal treatment. Furthermore, the infiltration of the polymer within the nanocrystalline TiO2 leads on enhanced stability of the devices, working even six months after their preparation. Finally, in this work is also proposed the utilization of a interface modifier based on zinc phtalocyanine complex, which has extended the device absorption window up to the red/ near infrared, increasing light harvesting, and a transport study related to photocarriers generation and recombination process was carried out by photoconductivity action spectra

Um dos grandes desafios do século XXI está na produção de energia limpa e renovável, já que a demanda mundial por energia continuará crescendo, assim como a necessidade de despoluir o planeta e de diminuir a emissão dos gases do efeito estufa. Nesse contexto, a conversão de energia solar em elétrica coloca-se como uma excelente alternativa, e com isso a dos dispositivos fotovoltaicos. A tecnologia fotovoltaica baseada no silício e em outros semicondutores orgânicos encontra-se em estágio relativamente avançado, porém o custo de produção e de manutenção a proíbe em uso de grande escala. Mais recentemente, iniciaram-se pesquisas com filmes de semicondutores orgânicos, e a rápida melhora na performance dessas células solares a coloca como promissora ao mercado fotovoltaico. Em nosso trabalho, realizamos estudos sobre a performance de dispositivos fotovoltaicos orgânicos baseados na estrutura de heterojunção, estudando a influência de vários parâmetros na performance dos dispositivos. Usamos como camada ativa para nossos dispositivos o poli(3-hexiltiofeno) (P3HT) regiorregular, que é um polímero condutor de gap eletrônico em torno de 1,8 eV misturado ao [6,6]-fenil-C61-ácido butírico-metil ester (PCBM). Essa mistura é apropriada à dissociação dos éxcitons gerados nas cadeias poliméricas pelos fótons absorvidos porque, sendo o PCBM muito eletronegativo, ele captura o elétron do éxciton antes do processo natural de recombinação. Como esse fenômeno ocorre em todo o volume da camada ativa, o dispositivo leva o nome de heterojunção de volume. A estrutura básica que usamos foi de ITO/P3HT-PCBM/Al, isto é, o ITO como eletrodo transparente e bom injetor de buracos e o alumínio como eletrodo injetor de elétrons. Outros dispositivos foram feitos adicionando uma camada transportadora de buracos entre o ITO e o polímero ativo, o Poli(3,4-etileno dióxido-tiofeno):poliestireno-sulfonado (PEDOT:PSS) e/ou cálcio (Ca) entre a camada de alumínio e o polímero. Verificamos que a performance do dispositivo fotovoltaico é bastante alterada quando mediante o contato utilizado, a espessura da camada ativa e a temperatura em que o tratamento térmico é realizado. Investigou-se também, os mecanismos de injeção, transporte e geração de portadores sob variação de temperatura, no intervalo de 90 à 330K. Foi mostrado que, mediante a variação da temperatura, a corrente de curto circuito (JSC), é governada principalmente pela mobilidade dos portadores. A eficiência dos dispositivos desenvolvidos neste trabalho é comparável aos principais valores obtidos na atualidade. Para obtenção destes resultados, foi necessária intensa pesquisa em processamento, principalmente mantendo todas as etapas de fabricação em atmosfera controlada. / One big challenge of the humanity along the 21st Century is to produce energy based on clean and renewable sources. The energy consumption certainly will increase, as well as the necessity in decreasing the emission of greenhouse gases. In this context, solar energy becomes an important alternative for the production of electric energy, in particular, that of photovoltaic devices. Photovoltaics made of silicon and of other inorganic semiconductors are already available, but due to the high cost is not an alternative to produce energy in a large scale. More recently, the organic photovoltaics, due to their quick progress, have becoming as promising technology for the solar energy market. In this work, we studied bulk heterojunction organic photovoltaics, varying several parameters and its influence on the device performance. We used regio-regular poli(3-hexylthiophene) (P3HT), that has an electronic gap close to 1.8 eV, mixed with [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM). PCBM acts in order to dissociate the photogenerated exciton because, being highly electronegative, it captures the electron form the exciton before the recombination process. We used as basic structure the ITO/P3HT-PCBM/Al. ITO as transparent electrode and injector of holes, and aluminum as the electrons injector electrode. In other devices we added a thin layer of Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS), as hole transport layer and/or calcium (Ca) between the Al and the polymer. We verify that the device performance changes considerably with the insertion of such layers, and with the thickness of the active layer and the annealing treatment. We also investigated phenomena related to injection, generation and transport of charge carriers, in the 90-330 K temperature range. We showed that the temperature is the main factor that governs the short-circuit current (JSC). It is important to remark that our devices exhibited similar efficiency compared to that of the literature.

Um dos grandes desafios do século XXI está na produção de energia limpa e renovável, já que a demanda mundial por energia continuará crescendo, assim como a necessidade de despoluir o planeta e de diminuir a emissão dos gases do efeito estufa. Nesse contexto, a conversão de energia solar em elétrica coloca-se como uma excelente alternativa, e com isso a dos dispositivos fotovoltaicos. A tecnologia fotovoltaica baseada no silício e em outros semicondutores orgânicos encontra-se em estágio relativamente avançado, porém o custo de produção e de manutenção a proíbe em uso de grande escala. Mais recentemente, iniciaram-se pesquisas com filmes de semicondutores orgânicos, e a rápida melhora na performance dessas células solares a coloca como promissora ao mercado fotovoltaico. Em nosso trabalho, realizamos estudos sobre a performance de dispositivos fotovoltaicos orgânicos baseados na estrutura de heterojunção, estudando a influência de vários parâmetros na performance dos dispositivos. Usamos como camada ativa para nossos dispositivos o poli(3-hexiltiofeno) (P3HT) regiorregular, que é um polímero condutor de gap eletrônico em torno de 1,8 eV misturado ao [6,6]-fenil-C61-ácido butírico-metil ester (PCBM). Essa mistura é apropriada à dissociação dos éxcitons gerados nas cadeias poliméricas pelos fótons absorvidos porque, sendo o PCBM muito eletronegativo, ele captura o elétron do éxciton antes do processo natural de recombinação. Como esse fenômeno ocorre em todo o volume da camada ativa, o dispositivo leva o nome de heterojunção de volume. A estrutura básica que usamos foi de ITO/P3HT-PCBM/Al, isto é, o ITO como eletrodo transparente e bom injetor de buracos e o alumínio como eletrodo injetor de elétrons. Outros dispositivos foram feitos adicionando uma camada transportadora de buracos entre o ITO e o polímero ativo, o Poli(3,4-etileno dióxido-tiofeno):poliestireno-sulfonado (PEDOT:PSS) e/ou cálcio (Ca) entre a camada de alumínio e o polímero. Verificamos que a performance do dispositivo fotovoltaico é bastante alterada quando mediante o contato utilizado, a espessura da camada ativa e a temperatura em que o tratamento térmico é realizado. Investigou-se também, os mecanismos de injeção, transporte e geração de portadores sob variação de temperatura, no intervalo de 90 à 330K. Foi mostrado que, mediante a variação da temperatura, a corrente de curto circuito (JSC), é governada principalmente pela mobilidade dos portadores. A eficiência dos dispositivos desenvolvidos neste trabalho é comparável aos principais valores obtidos na atualidade. Para obtenção destes resultados, foi necessária intensa pesquisa em processamento, principalmente mantendo todas as etapas de fabricação em atmosfera controlada. / One big challenge of the humanity along the 21st Century is to produce energy based on clean and renewable sources. The energy consumption certainly will increase, as well as the necessity in decreasing the emission of greenhouse gases. In this context, solar energy becomes an important alternative for the production of electric energy, in particular, that of photovoltaic devices. Photovoltaics made of silicon and of other inorganic semiconductors are already available, but due to the high cost is not an alternative to produce energy in a large scale. More recently, the organic photovoltaics, due to their quick progress, have becoming as promising technology for the solar energy market. In this work, we studied bulk heterojunction organic photovoltaics, varying several parameters and its influence on the device performance. We used regio-regular poli(3-hexylthiophene) (P3HT), that has an electronic gap close to 1.8 eV, mixed with [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM). PCBM acts in order to dissociate the photogenerated exciton because, being highly electronegative, it captures the electron form the exciton before the recombination process. We used as basic structure the ITO/P3HT-PCBM/Al. ITO as transparent electrode and injector of holes, and aluminum as the electrons injector electrode. In other devices we added a thin layer of Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS), as hole transport layer and/or calcium (Ca) between the Al and the polymer. We verify that the device performance changes considerably with the insertion of such layers, and with the thickness of the active layer and the annealing treatment. We also investigated phenomena related to injection, generation and transport of charge carriers, in the 90-330 K temperature range. We showed that the temperature is the main factor that governs the short-circuit current (JSC). It is important to remark that our devices exhibited similar efficiency compared to that of the literature.

Recentemente tem sido observado grande avanço na área de fotovoltaicos orgânicos e híbridos. Esses dispositivos baseiam-se em diferenças de energia eletrônica nas interfaces dos componentes de uma heterojunção, onde as heterojunções dispersas obtidas via arranjos interpenetrantes com estes dois compostos, em dimensões sub-20-nm, permite coleção efetiva dos portadores de carga fotogerados, mesmo com pequeno comprimento de difusão do éxciton e baixa mobilidade dos portadores de carga. Desta maneira, o estudo e a modificação da interface entre as duas fases é essencial para melhorar a eficiência de conversão desses dispositivos. Este trabalho tem como objetivo investigar heterojunções de dióxido de titânio (TiO2)/poli(3-hexil tiofeno) (P3HT) como camadas ativas em dispositivos fotovoltaicos híbridos. Essas heterojunções são atraentes para fotovoltaicos híbridos por permitir a nanoestruturação do metalóxido antes da incorporação do polímero, levando à obtenção de elevada área interfacial e com a possibilidade de ajustar as propriedades interfaciais mantendo o caráter aceitador/doador desta heterojunção. Os filmes de TiO2 foram obtidos a partir de dispersões coloidais de nanopartículas de anatase, enquanto aqueles de P3HT foram obtidos a partir de sua solução de 1,2-diclorobenzeno. Como eletrodos foram utilizados o óxido de índio dopado com óxido de estanho (ITO) e ouro (Au). A caracterização elétrica e espectroscópica indicou que os parâmetros fotovoltaicos, bem como absorção e fotoluminescência, dependem da submissão dos dispositivos a tratamentos térmicos post-production, evidenciando que o aquecimento induz a mudanças conformacionais no polímero, alterando a interface óxido/polímero. A introdução de grupos carboxilato nas ramificações 3-hexil do P3HT permite melhor contato entre óxido/polímero, sendo favorecido por tratamento térmico. Mais ainda, a infiltração do polímero em filmes de TiO2 nanocristalino levou à obtenção de dispositivos fotovoltaicos de considerável estabilidade, apresentando atividade mesmo após 6 meses após a elaboração destes. Finalmente, neste trabalho também é proposta a utilização de um complexo a base de ftalocianina de zinco como modificador de interface do TiO2, cuja absorção estende a janela espectral do dispositivo até o vermelho e infravermelho próximo. Estudos de fenômenos de transporte, levando-se em conta a fotogeração de portadores e sua recombinação, foram realizados por medidas do espectro de fotocondução no dispositivo / Recently a fast development in organic and hybrid photovoltaic field has been observed. Such devices are fabricated by organic semiconductors within components of a heterojunction, in which bulk heterojunctions obtained via interpenetrating networks at the sub-20-nm length scale. It permits the effective collection of photogenerated charge carriers even with low exciton diffusion length and low charge carrier mobilities. Therefore, the study of material properties and the interface modification are essential to improve the power efficiency of such devices. The goal of this work is to investigate heterojunctions of titanium dioxide (TiO2) and poly(3-hexyl thiophene) (P3HT) as active layers in hybrid photovoltaic devices. Such heterojunctions are attractive since the metaloxide can be nanostructured previous the infiltration of the polymer within the nanocrystalline phase, leading on large interfacial area with the possibility to tune the interfacial properties keeping the acceptor/donor character of the two components. Titania films were obtained from colloidal dispersions of anatase nanoparticles, while P3HT from its solution in 1,2-dichlorobenzene. The electrodes were indium-tin oxide (ITO) and gold (Au). Electrical and spectroscopic characterization shows the photovoltaic parameters, as well as absorption and photoluminescence, depends on post-production treatments, evidencing that heating induces conformational changes in the polymeric phase, changing the oxide/polymer interface. The introduction of carboxyl groups at 3-hexyl ramifications in P3HT permits better contacts between oxide and polymer by chemisorption, being favored by thermal treatment. Furthermore, the infiltration of the polymer within the nanocrystalline TiO2 leads on enhanced stability of the devices, working even six months after their preparation. Finally, in this work is also proposed the utilization of a interface modifier based on zinc phtalocyanine complex, which has extended the device absorption window up to the red/ near infrared, increasing light harvesting, and a transport study related to photocarriers generation and recombination process was carried out by photoconductivity action spectra

Submitted by Vinicíus Jessé Rodrigues de Oliveira null (vinijro@gmail.com) on 2018-03-20T20:23:10Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO FINAL JESSE 2018.pdf: 6372777 bytes, checksum: 1bb0391cd590635dcecd1727ee43665e (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Marlene Zaniboni null (zaniboni@bauru.unesp.br) on 2018-03-21T17:01:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 oliveira_vjr_me_bauru.pdf: 6372777 bytes, checksum: 1bb0391cd590635dcecd1727ee43665e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-21T17:01:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 oliveira_vjr_me_bauru.pdf: 6372777 bytes, checksum: 1bb0391cd590635dcecd1727ee43665e (MD5) Previous issue date: 2018-02-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / 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. / 1578726