Estudo da morfologia de dispositivos fotovoltaicos orgânicos de heterojunção de volume baseados em P3HT:PCBM

Abstract

A energia solar fotovoltaica se destaca dentre as energias alternativas por apresentar um grande potencial energético. Comercialmente, os dispositivos fotovoltaicos mais encontrados são aqueles à base de silício. No entanto, as células fotovoltaicas orgânicas aparecem como uma atraente alternativa, pois a seu baixo custo conciliam características como flexibilidade, leveza e demanda de um fácil processo de fabricação, muito embora, por outro lado, apresentem baixa eficiência de conversão energética e curto tempo de vida útil. Sabendo que os fatores morfológicos desempenham um papel importante na eficiência dos dispositivos finais, a proposta deste projeto se baseia na investigação da variação morfológica dos filmes finos de P3HT:PCBM, segundo dois parâmetros de preparação: velocidade de deposição, 2000 rpm e 4000 rpm, e o uso ou não do octanoditiol com solvente aditivo. Analisamos as características ópticas por espectroscopia de UV-Vis e as características morfológicas a partir da microscopia de força atômica (AFM) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Nos espectros UV-Vis, o pico em 454 nm da transição π-π* do P3HT não sofreu qualquer deslocamento, indicando não ter havido modificação na densidade de defeitos conformacionais ou na interação entre as cadeias do polímero doador. As alterações nesses espectros se devem simplesmente à variação na intensidade de absorção, que se torna maior quando se emprega o solvente aditivo ou velocidades mais baixas. As imagens de MEV mostraram superfícies mais homogêneas na velocidade de 2000 rpm, sendo que o efeito do octanoditiol é mais significativo na velocidade de 4000 rpm. Da microscopia de força atômica, extraímos os valores da rugosidade da camada ativa depositada, sendo possível perceber que baixas velocidades de rotação e o uso do octanoditiol levam a uma maior rugosidade dos filmes de P3HT:PCBM, o que pode ser benéfico para a eficiência dos dispositivos fotovoltaicos, uma vez que aumenta a área de contato na interface com o eletrodo metálico, levando a um incremento na coleta de portadores de carga. Fizemos ainda a caracterização elétrica D.C.; entretanto, as curvas J-V dos dispositivos fotovoltaicos apresentaram um comportamento ôhmico, o qual diferente dos resultados previstos teoricamente ou dos encontrados na literatura. Como perspectivas, ambicionamos investigar as possíveis falhas no processo de confecção do dispositivo e, assim, obter as curvas JxV características das células fotovoltaicas, o que possibilitaria a determinação do coeficiente de conversão energética.