Análise da viabilidade de corantes naturais empregados como camada ativa em dispositivos eletrônicos

Abstract

A revolução da microeletrônica nas últimas décadas trouxe grandes benefícios para a sociedade moderna, mas também efeitos drásticos para o meio ambiente. Com o advento dos materiais verdes na eletrônica orgânica, impactos ambientais podem ser mitigados desde a produção do dispositivo até o seu descarte. Nesse contexto, o presente trabalho avalia uma seleção de corantes (bixina, curcumina, crocina, amarelo natural, marrom natural, índigo) como materiais semicondutores de camada ativa para dispositivos eletrônicos. A densidade de carga dos corantes estudados foi alterada experimentalmente por diferentes técnicas. Os gaps ópticos e eletrônicos foram medidos por UV-Vis e espectroscopia fotoeletrônica, respectivamente, bem como estimados teoricamente. Os espectros de absorção de UV-vis também indicam a formação de agregados fornecendo entendimento sobre transporte intra e intercadeia em corantes. Para tanto, descrevemos os conceitos teóricos desenvolvidos para o polímero semicondutor P3HT e os aplicamos à análise espectral dos corantes. A correlação entre os picos do Bixin assemelha-se ao P3HT, o que indica acoplamento mais fraco se comparado aos demais corantes, com menor agregação das moléculas em solução. Portanto, curcumin, crocin e índigo devem ter maior mobilidade intercadeia por apresentarem acoplamento mais forte na direção do empilhamento π. A XDR realizado no Laboratório Brasileiro de Luz Síncroton forneceu as distâncias de empilhamento desses corantes. Foram geradas cargas foto e térmicamente estimuladas por meio de simulador solar, provando o caráter semicondutor dos corantes. O efeito de um campo elétrico de acumulação de carga foi estudado empregando duas configurações de dispositivo diferentes. Para a arquitetura BG / BC fotam obtidas as curva características de um transistor contendo crocin como camada ativa, resultado até então não relatado na literatura nas mesmas condições de processamento: atmosfera ambiente, depositado a partir de solução, por drop casting. Este resultado promissor e encorajador abre a porta para uma futura exploração do transporte de cargas em corantes vegetais. Com a arquitetura BG / TC, só foi possível extrair resultados analisáveis para P3HT. As medições dos corantes foram inconclusivas, provavelmente devido ao colapso da camada, entre outras possibilidades. Desta forma, os resultados obtidos neste trabalho traçaram etapas essenciais para viabilizar os corantes naturais como materiais semicondutores da camada ativa em dispositivos eletrônicos verdes de baixo custo.