INEO / Materiais nanoestruturados, com base em ZnO tem recebido um interesse considerável por causa de suas aplicações em dispositivos optoeletrônicos. Por exemplo, em uma célula solar polimérica, devido à sua baixa função trabalho, elevada mobilidade eletrônica, excelente transparência óptica e natureza ambientalmente amigável, o ZnO torna-se a camada de transporte de elétrons mais utilizada nas células solares polimérica invertidas. Este trabalho visa proporcionar uma visão nos parâmetros que determinam a morfologia de nanopartículas de ZnO e sua influência em células solares invertidas com base em ZnO e P3HT/PCBM. Primeiro, nanopartículas de ZnO foram sintetizadas por hidrólise e condensação de acetato de zinco dihidratado por meio da rota do poliol (com e sem adição de água durante a síntese) ou utilizando o NaOH. Em seguida as técnicas de: difração de raios x (XRD), espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FT-IR), espectroscopia de fotoluminescência, microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e microscopia eletrônica de varredura com efeito de campo (FE-SEM) foram empregadas para estudar as características químicas e a morfologia do ZnO. Os resultados de XRD mostraram que as nanopartículas obtidas eram compostas da fase hexagonal wurtzita. O pico em 435 cm-1 identificado nos espectros de FT-IR indica a característica banda vibracional do ZnO e em 3380, 1643 e 1102 cm-1 as transições vibracionais do poliol, sugerindo que o poliol está passivando a superfície de óxido. Os espectros de fotoluminescência das amostras de ZnO, que foram sintetizados em diferentes condições, mostraram o mesmo comportamento, indicando que os defeitos no óxido podem ser devido a vacâncias de zinco e oxigênio. Foi observado que a morfologia é dependente o poliol utilizado na síntese. Para as amostras sintetizadas com etileno glicol (EG) observou-se que a morfologia muda de nanopartículas para nanobastões com a adição de água à síntese. Os dados da relação de intensidade de picos relativo de I002/I100, nos difratogramas, sugerem o crescimento preferencial orientado no sentido do eixo-c para as partículas de ZnO com forma de bastões em comparação com as partículas equiaxiais. Poliedros hexagonais e uma estrutura com a forma de folhas foram observados para o ZnO sintetizado usando polietileno glicol (PEG300) e NaOH, respectivamente. Dispositivos foram construídos para todas as amostras de ZnO sintetizado e o melhor resultado foi obtido com ZnO sintetizado com NaOH. Este resultado pode ser devido a melhor empacotamento da camada de ZnO, facilitando o transporte de elétrons. / Nanostructured materials based on ZnO has received considerable interest because of their application in optoelectronic devices. For example, in polymeric solar cell (PSC), due to its low work function, high electron mobility, excellent optical transparency, and environmentally friendly nature, ZnO becomes the most widely used electron transport layer (ETL) in the inverted PSCs. This work aims at providing an insight in the parameters that determine the morphology of ZnO nanoparticles and their influence onto inverted solar cells based on ZnO and P3HT/PCBM. First, ZnO nanoparticles were synthesized by hydrolysis and condensation of zinc acetate dihydrate by polyol route (with and without water addition during the synthesis) or using NaOH. Then, X-ray diffraction (XRD), infrared and photoluminescence spectroscopies, transmission electron microscopy (TEM) and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) were employed to study the chemical characteristic and the morphology of the ZnO. XRD results showed that the nanoparticles obtained were composed of hexagonal wurtzite phase. FT-IR spectra peak at 435 cm-1 indicated characteristic vibrational band of ZnO and at 3380, 1643 and 1102 cm-1 the vibrational transitions of the polyol, suggesting that the polyol is bonded to the oxide surface. The photoluminescence spectra of the ZnO samples, which were synthesized at different conditions, showed the same behavior, indicating that the defects states in the oxide could be due zinc and oxygen vacancies. The morphology is dependent on the polyol employed in the synthesis. For the samples synthesized with ethylene glycol (EG) was observed that the morphology change from nanoparticle to nanorods with the addition of water in the synthesis. The data of relative XRD peak intensity ratio of I002/I100 suggest the preferred c-axis oriented growth for the rod-shaped ZnO particles compared to the equiaxial particles. A hexagonal and a “flake” structure were observed for the ZnO synthesized using polyethylene glycol (PEG300) and NaOH, respectively. PSCs were built for all samples of ZnO synthesized and the best result was obtained with ZnO synthesized with NaOH. This result may be due to the better packaging of the ZnO layer, facilitating the electron transport.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/2635 |
| Date | 01 June 2017 |
| Creators | Barbosa, Eduardo Ferreira |
| Contributors | Rodrigues, Paula Cristina, Floriano, Joao Batista, Rodrigues, Paula Cristina, Faria, Luiz Marcos de Lira, Faria, Roberto Mendonca |
| Publisher | Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, Programa de Pós-Graduação em Química, UTFPR, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UTFPR, instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná, instacron:UTFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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