ESTUDO TEÓRICO DE ESTADOS DE TRANSFERÊNCIA DE CARGA EM COMPLEXOS DE POLÍMEROS CONJUGADOS/FULERENOS PARA CÉLULAS SOLARES ORGÂNICAS

Aluno de Iniciação Científica: Leandro Benatto (PIBIC/Fundação Araucária)
Curso: Física (Bacharelado)
Orientador: Marlus Koehler
Departamento: Física
Setor: Ciências Exatas
Palavras-chave:
Área de Conhecimento: 10507000 - FÍSICA DA MATÉRIA CONDENSADA

Devido à necessidade cada vez maior de produção de energia elétrica, assim como a urgência de diminuir a utilização de fontes poluentes que liberam dióxido de carbono na atmosfera, fontes de energia renováveis estão sendo amplamente estudadas. As células solares que convertem energia solar em elétrica apresentam um grande potencial para suprir as necessidades de energia limpa em nosso planeta. Atualmente, para fabricação de células solares comerciais, são utilizados materiais inorgânicos como o silício, que pode apresentar uma boa taxa de conversão de energia chegando até 30%. Entretanto, o processo de extração do silício e de fabricação das células solares é complexo, o que torna o seu preço elevado. Materiais de origem orgânica, principalmente polímeros conjugados semicondutores, podem apresentar características eletrônicas parecidas com a do silício, proporcionando um barateamento considerável de uma célula fotovoltaica. Embora progressos significativos tenham sido feitos, a eficiência de conversão de potência da energia solar em elétrica obtida com materiais orgânicos dificilmente ultrapassa 7%. Baseado na teoria de que a configuração do campo elétrico ótico dentro de um dispositivo fotovoltaico multicamadas influi na geração e dissociação do par elétron-buraco (éxciton), entre as camadas de polímero/fulereno, conseguimos reproduzir a literatura [1] e mapeamos a distribuição do quadrado do campo elétrico normalizado |E|² para encontrar a sua relação com as espessuras de todas as camadas de filmes finos dos materiais utilizados. O método matricial empregado utiliza os índices de refração dos materiais e leva em conta as reflexões sucessivas à medida que a luz se propaga dentro do dispositivo, possibilitando uma descrição teórica do processo físico que condiz com os resultados encontrados experimentalmente em [1]. Após a obtenção dos dados que revelam a relação do |E|² com as espessuras de todas as camadas da parte ativa do dispositivo, conseguimos encontrar uma combinação para as camadas dos filmes finos que aumentasse consideravelmente o |E|² na interface polímero/C60.
[1] Leif A. A. Pettersson, Lucimara S. Roman, and Olle Inganäs. Modeling photocurrent action spectra of photovoltaic devices based on organic thin films, J. Appl. Phys. (1999)

 

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