Publicação: Síntese e caracterização de sistemas orgânicos semicondutores
baseados em tiofeno-fenileno para aplicação em células fotovoltaicas
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
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Furtado, Clascídia Aparecida
Resumo
A combinação, intensificação ou surgimento de novas propriedades em sistemas
molecularmente arquitetados e híbridos π-conjugados pode ser estrategicamente
explorado na construção de dispositivos optoeletrônicos e produtores e armazenadores
de energia. Este trabalho de tese, fruto de uma colaboração multidisciplinar, focaliza a
síntese, a caracterização e a aplicação de oligômeros/polímeros π-conjugados baseados
em tiofeno-fenileno. O objetivo consistiu em evidenciar as relações entre a estrutura
química dos materiais sintetizados e suas propriedades optoeletrônicas e fotovoltaicas.
Direcionou-se o estudo dos sistemas orgânicos sintetizados, visando aplicação dos
mesmos em dois casos específicos. O primeiro caso consistiu na produção de células
solares à base de um polímero doador de elétrons e um derivado de fulereno aceitador
de elétrons. Foram correlacionados os parâmetros físicos e morfológicos às
propriedades optoeletrônicas e estruturais de cada polímero aplicado, demonstrando a
importância da optimização dos parâmetros físico-químicos para o bom desempenho
dos dispositivos fotovoltaicos. O segundo consistiu na investigação controlada de
dispersões aquosas estáveis de nanotubos de carbono de parede simples e
oligômero/polímero conjugados fluorescentes funcionalizados com grupo imidazol.
Optimização das condições experimentais e quantificação das dispersões foram
realizadas por espectroscopia de absorção na região do UV-Vis-NIR. Dispersabilidade,
individualização e estabilidade das dispersões foram estimadas usando microscopia
eletrônica de transmissão, espectroscopia Raman e fotoluminescência. A ressonância
magnética nuclear forneceu evidências diretas para uma possível interação π-cátion
entre oligômero/polímero e nanotubos. A dispersão é assistida, portanto, por interações
π-π e π-cátion entre nanotubos de carbono e oligômero/polímero conjugado. Enfim, será
apresentada nesse trabalho, a síntese de diversos materiais orgânicos, bem como as
primeiras caracterizações dos mesmos para possíveis aplicações tecnológicas; como
proposta, tem-se a utilização dos mesmos, como camada ativa em dispositivos
fotovoltaicos e como agentes dispersantes para nanotubos de carbono.
Abstract
The combination, enhancement or development of new properties in molecular
architectures of π-conjugated systems can be strategically exploited in the construction
of optoelectronic devices and producers of energy. This work is based on the results of a
multidisciplinary collaboration and focuses on the synthesis, characterization and
application of π-conjugated systems derivated of thienylene-phenylene units. The aim
was to highlight the relationships between the chemical structure of the synthesized
materials and their optoelectronic and photovoltaic properties. Thus, our studies were
focused on two specific cases. The first case was the production of solar cells based on a
polymer as theelectron donor and a fullerene derivative as the electron acceptor.
Physical parameters were correlated to morphological, structural and optoelectronic
properties of each polymer applied, demonstrating the importance of optimizing
physicochemical parameters for the performance of photovoltaic devices. The second
case consisted of the controlled investigation of stable aqueous dispersions of carbon
nanotubes into single conjugated molecules functionalized with imidazole groupments.
Optimization of experimental conditions and quantification of the dispersions were
performed by absorption spectroscopy in the UV-Vis-NIR range. Dispersability,
individualization and stability of the dispersions were estimated using transmission
electron microscopy, Raman spectroscopy and photoluminescence techniques. Nuclear
magnetic resonance results have provided direct evidence for a possible cation-π
interaction between conjugated polymer and carbon nanotubes. Finally, we present in
this work, the synthesis of various organic materials, as well as their first
characterizations for possible technological applications, such as our proposal, the
organic materials as the active layer in photovoltaic devices and as dispersing materials
of carbon nanotubes.
Palavras-chave
Oligômeros e polímeros π, -conjugados, Nanotubos de carbono, Dispositivos fotovoltaicos, Oligomers and π, -conjugated polymers, Carbon nanotubes, Photovoltaic devices, Polímeros conjugados, Oligômeros, Nanotubos de carbono
Citação
NOGUEIRA, Sandra Lúcia. Síntese e caracterização de sistemas orgânicos semicondutores
baseados em tiofeno-fenileno para aplicação em células fotovoltaicas. 2012. 238 f. Tese (Doutorado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2012. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2012.79