Orientador: Ana Flávia Nogueira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T23:28:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Freitas_IvoBernardide_M.pdf: 1962051 bytes, checksum: f313acbe4cbb5d4065bb7bb26e42e3ac (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Neste trabalho foram estudados filmes finos multicamadas baseados em nanopartículas inorgânicas e um polieletrolito inerte, depositados pela técnica layer-by-layer (LbL). O trabalho está dividido em três partes: 1) Síntese e caracterização de nanopartículas de CdSe; 2) Montagem de filmes LbL baseados no cloreto de poli(diallildimetilamônio) (PDDA) e nanopartículas de CdSe e TiO2; e 3) Estudos fotoeletroquímicos dos filmes. As nanopartículas sintetizadas foram caracterizadas por espectroscopia de absorção no ultravioleta-visível (UV-vis), espectroscopia de fluorescência, microscopia eletrônica de alta resolução (HRTEM) e difração de raios-X (DRX). As partículas sintetizadas não apresentaram a mesma qualidade daquelas reportadas pela literatura, apresentando grande número de defeitos e larga distribuição de tamanhos. Como não foi possível a separação adequada de nanopartículas de diferentes tamanhos, optou-se por dar continuidade ao trabalho com somente um tamanho obtido. Foram fabricados filmes contendo TiO2 e PDDA, filmes contendo CdSe e PDDA e filmes contendo TiO2, CdSe e PDDA. Estes foram caracterizados por espectroscopia de absorção no UV-vis, espectroscopia de fluorescência, microscopia de força atômica (AFM) e espectroscopia Raman. Os filmes apresentaram um crescimento linear a cada bicamada realizada. Visando melhorar a qualidade dos filmes fabricados um tratamento com brometo de hexadeciltrimetilamonio (CTAB) foi utilizado. Os filmes de nanopartículas de CdSe com tratamento apresentaram uma quantidade de defeitos menor em relação aos filmes sem tratamento. Os fotoeletrodos foram caracterizados por medidas de fotocorrente em função do tempo (fotocronoamperometria). Os filmes contendo TiO2 e PDDA apresentaram valores de fotocorrente, entre 2 e 50 mA cm, exibindo comportamento de semicondutor do tipo-n. Ja os filmes contendo CdSe e PDDA apresentaram valores baixos de fotocorrente (2 mA cm). Mesmo após a realização do tratamento com CTAB e a incorporação de nanopartículas de TiO2 nos filmes não observou-se uma significante alteração nestes valores / Abstract: In this work, multilayered thin films based on inorganic nanoparticles and an inert polyelectrolyte deposited by the layer-by-layer technique were studied. The work was divided in three parts: 1) Synthesis and characterization of CdSe nanoparticles; 2) Assembly of LbL films based in poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA) , CdSe and TiO2 nanoparticles; 3) Photoelectrochemical studies of the films. The nanoparticles synthetized were characterized by absorption spectroscopy, fluorescence spectroscopy, high resolution electron microscopy (HRTEM) and X-ray diffraction. The synthesized nanoparticles didn¿t show the same quality of those reported in literature. They presented a large number of defects and a broad size distribution. As it was not possible to obtain nanoparticles of different sizes, we decided to continue the work with only one nanoparticle size. Films were fabricated using CdSe and PDDA, TiO2 and PDDA, and CdSe, PDDA and TiO2. They were characterized by absorption spectroscopy, fluorescence spectroscopy, atomic force microscopy (AFM) and Raman spectroscopy. The films showed a linear increase to each bilayer performed. In order to improve the films quality containing CdSe nanoparticles, a treatment using hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) was performed. As a result, the treated films showed a smaller number of defects compared to the films without treatment. The photoelectrodes were characterized by measurements of photocurrent versus time (photochronoamperometry). The films containing TiO2 and PDDA showed appreciable values of photocurrent, between 2 and 50 mA cm, exhibiting an n-type semiconducting behavior. However, the films containing CdSe and PDDA showed low photocurrent values (2 mA cm). Even after the treatment with CTAB and the incorporation of the TiO2 nanoparticles in the films, no remarkable improvement in the photocurrent values was observed / Mestrado / Quimica Inorganica / Mestre em Química

Orientadores: Ana Flavia Nogueira, Jonas Gruber / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T17:00:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Freitas_JilianNeide_D.pdf: 8511541 bytes, checksum: 16cafd5a8e1e1563c206ffa381e7c35a (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho consistiu no desenvolvimento e caracterização de materiais para aplicação em células fotovoltaicas híbridas. No Capítulo I, uma introdução geral sobre o funcionamento e estado da arte de células solares, e sobre as propriedades de polímeros condutores e nanopartículas inorgâncias é apresentada. O Capítulo II contém os objetivos deste trabalho. No Capítulo III, foram investigados novos polímeros condutores, baseados na combinação de unidades fluoreno com unidades tiofeno e/ou benzeno. As propriedades fotofísicas, eletroquímicas e de transporte de cargas foram caracterizadas, e esses polímeros foram então combinados com um derivado solúvel de fulereno (PCBM) e os compósitos formados (heterojunção) foram aplicados em células solares com configuração ITO | PEDOT:PSS | Heterojunção | LiF | Al. A seguir, foram sintetizadas nanopartículas de CdSe com diferentes tamanhos, usando um método descrito na literatura. Essas partículas foram caracterizadas por medidas de absorção e emissão, voltametria cíclica (VC), difração de Raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM), conforme apresentado no Capítulo IV. Os polímeros investigados inicialmente foram combinados com as nanopartículas de CdSe, e esses materiais foram utilizados na montagem de células solares híbridas. De modo geral, os dispositivos apresentaram valores baixos de fotocorrente, o que foi atribuído ao fato de as nanopartículas inorgânicas não transportarem elétrons de forma efetiva nesses dispositivos. A seguir, propôs-se um novo sistema, em que a heterojunção constitui na mistura ternária polímero/CdSe/PCBM. Esses dispositivos foram caracterizados por curvas de corrente-potencial e pela resposta espectral do sistema, mostrando resultados extremamente promissores. Os sistemas ternários foram então investigados por diversas técnicas, como absorção, emissão, DRX, VC, TEM e microscopia de força atômica, a fim de determinar a atuação de cada componente da mistura ternária quando aplicados nas células solares. Esses resultados são apresentados no Capítulo V. No Capítulo VI, novos polímeros condutores derivados do polifluoreno, contendo unidades funcionais como grupos piridina, ou compostos aromáticos do tipo "push-pull", foram sintetizados pelo método de Gilch. A estrutura desses polímeros foi desenhada visando sua aplicação nas células híbridas, combinandoos com as nanopartículas de CdSe previamente sintetizadas. Esses materiais foram caracterizados por ressonância magnética nuclear de hidrogênio, espectroscopia no Infravermelho com transformada de Fourier. cromatografia por permeação em gel, análises térmicas e medidas eletroquímicas e de fotofísica. No Capítulo VII, propôs-se a introdução de um corante orgânico comercial (Disperse Red 1), como terceiro componente em uma mistura de poli(fluorenilenovinileno) e PCBM, visando aumentar a absorção de luz pela camada ativa do dispositivo. Foi realizado um extenso estudo usando técnicas fotofísicas e eletroquímicas para investigar o efeito da adição do corante, bem como determinar quais os tipos de processos (transferência de elétrons ou energia) ocorrem no sistema ternário. Finalmente o Capítulo VIII contém as principais conclusões deste trabalho e perspectivas de continuação para esta linha de pesquisa. / Abstract: This PhD Thesis investigated the development and characterization of new materials aiming at the application in hybrid solar cells. In Chapter I, a general introduction on the working principles and state-of-the-art of the organic solar cells, properties of the conducting polymers and the inorganic nanoparticles are presented. Chpater II highlights the aims of this work. In Chapter III, new conducting polymers based on the combination of fluorene, thiophene and/or benzene units are investigated. The photophysical and electrochemical characteristics, and charge mobility, are discussed. The polymers were also combined with a soluble fullerene derivative (PCBM) and these composites were used as active layer in bulk-heterojunction solar cells with the following configuration: ITO | PEDOT:PSS | Heterojunction | LiF | Al. Then, CdSe nanoparticles with different sizes were synthesized using a well-established method, and characterized using absorption and emission measurements, cyclic voltammetry (CV), X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM), as presented in Chapter IV. The previously characterized polymers were combined with the CdSe nanoparticles, and the nanocomposites were used to assemble hybrid solar cells. The devices showed very low photocurrent values, which were attributed to a poor electronic transport in the nanoparticles phase. Thus, a new system was suggested, based on a mixture of polymer/CdSe/PCBM. The photocurrent-potential curves and spectral response of the devices assembled with the ternary systems were evaluated, leading to very promising results. The absorption, emission, XRD, CV, TEM and atomic force microscopy measurements of the films were also performed to investigate/elucidate the role of each component in the ternary systems, as discussed in Chapter V. In Chapter VI, new conducting polymers based on poly(fluorenylenevinylene) containing functional units, such as pyridine or push-pull type aromatic units, were synthesized via the Gilch route. The structures of these materials were designed aiming at their application in hybrid solar cells, in combination with the previously synthesized CdSe nanoparticles. The polymers were characterized by magnetic nuclear resonance, Fourier transform infrared spectroscopy, gel permeation chromatography, and thermal, electrochemical and photophysical measurements. These polymers were combined with CdSe and/or PCBM and used as active layer in solar cells. In Chapter VII the addition of the commercial organic dye Disperse Red 1 in the mixture of poly(fluorenylenevinylene)/PCBM to enhance the light absorption in the active layer was investigated. A systematic study using photophysical and electrochemical measurements was performed in order to elucidate the effect of the dye addition, as well as the energy or electron transfer processes in this new ternary system. Finally, Chapter VIII summarizes the main conclusions of this work and highlights some perspectives for this exciting research filed. / Doutorado / Quimica Inorganica / Doutor em Ciências