Célula fotovoltaica orgânica de heterojunção de Poli (3-Hexiltiofeno) (P3HT) e P(NDI20D-T2) (N2200) : preparação e caracterização

Abstract

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.