Estudo e caracterização de dispositivos fotovoltaicos orgânicos (OPV) baseados em heterojunção de volume / Study and characterization of organic photovoltaic devices (OPV) based on bulk heterojunction

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

26/07/2011

RESUMO

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.

ASSUNTO(S)

bulk heterojunction dispositivos fotovoltaicos orgânicos heterojunção de volume organic photovoltaic devices p3ht:pcbm p3ht:pcbm

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