Desenvolvimento de filmes finos poliméricos para aplicação em dispositivos fotovoltaicos orgânicos
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Tulio Matencio
Luciano Andrey Montoro
Luciano Andrey Montoro
Resumo
Este trabalho apresenta o estudo de polímeros e copolímeros conjugados derivados do tiofeno com propriedades promissoras para aplicação em células fotovoltaicas orgânicas (OPV). Inicialmente realizou-se a síntese do monômero 3-(4-fluorfenil)tiofeno (FFT), bem como sua caracterização empregando técnicas como espectroscopia na região do infravermelho (IV), espectroscopia de ressonância magnética nuclear de próton (RMN de 1 H) e de carbono 13 (RMN de 13 C) e cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massa (CG-MS) comprovando assim a obtenção da estrutura pretendida. Em uma etapa seguinte, partindo-se do FFT sintetizado e de monômeros comerciais e empregando-se a cronoamperometria, obteve-se os polímeros: o poli(3-(4-fluorfenil)tiofeno) (PFFT), poli(3,4-etilenodioxitiofeno) (PEDOT) e o poli(3-feniltiofeno) (P3FT) e também os copolímeros poli(3,4-etilenodioxitiofeno-co-3-feniltiofeno) (P(EDOT-co-3FT)) e poli(3,4-etilenodioxitiofeno-co-3-4-fluorfeniltiofeno) (P(EDOT-co-FFT)). Os polímeros e copolímeros foram caracterizados com sucesso utilizando técnicas de IV, absorção na região do UV-vis e fluorescência, termogravimetria (TG) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Observou-se que a inserção do monômero EDOT para a formação dos copolímeros contribui para aestabilização das cargas, sendo o P(EDOT-co-3FT) o material mais estável eletroquimicamente e com menor perda de carga sob ciclagem eletroquímica. Todas as amostras tiveram seu comportamento espectroeletroquímico estudado e observou-se que os copolímeros apresentaram potencial para aplicação em OPVs. A variação de cor entre o estado reduzido e oxidado também foi observada, sendo que o PEDOT variou do azul para azul escuro, o P3FT do cinza para vermelho e PFFT do cinza para vermelho. Já os copolímeros P(EDOT-co-3FT) variaram do azul para roxo e o P(EDOT-co-FFT) do azul escuro para o roxo escuro. A cronoabsormetria permitiu determinar parâmetros importantes para aplicação em dispositivos eletrocrômicos como eficiência eletrocrômica (), contraste óptico (%T) e tempo de resposta ().
Abstract
This work presents the study of conjugated polymers and copolymers derivative from thiophenes, with promising properties to organic photovoltaic cells application (OPV). Initially, was realized the synthesis of the monomer 3-(4- fluorophenyl)thiophene (FFT), as well its characterization employing techniques as spectroscopy in infrared range( IV), resonance spectroscopy nuclear of protons (RMN of 1 H) and carbon 13 (RMN of 13 C), and gas chromatography coupled to mass spectroscopy (CG-MS) proving that the intended structure was obtained. In the next step, taking the synthesized FFT along commercial monomers and employing the chronoamperometry, the following polymers was obtained: the poly(3-(4-fluorophenyl)thiophene) (PFFT), poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and poly(3-phenylthiophene) (P3FT). Using the same process, two copolymers was obtained as well: the poly(3,4-ethylenedioxythiophene-co-3-phenylthiophene) (P(EDOT-co-3FT)) and poly(3,4-ethylenedioxythiophene-co-3-(4-fluorophenyl)thiophene) (P(EDOT-co-FFT)). The polymers and copolymers were successfully characterized using techniques of IV, absorption in the UV-vis region and fluorescence, thermogravimetry (TG), and scanning electron microscopy (SEM). It was observed that the monomer EDOT insertion to copolymer formation contribute for the charges stabilization, being the P(EDOT-co-3FT) the most electrochemical stable material and with lowest charge loss under electrochemical cycling.All the samples had their spectroelectrochemical studied and it was observed that the copolymers showed great potential application in OPVs. The color variation between the reduced and oxidized state was also observed, being that the PEDOT had changed from blue to dark blue, the P3FT from gray to red, and the PFFT from gray and red too. As for the copolymer P(EDOT-co-3FT) changed from blue to purple and the P(EDOTco-FFT) from dark blue to dark purple. The chrono absorptiometry allowed determinate important parameters for application in electrochromic devices, like electrochromic efficiency (), optical contrast (%T) and response time ().
Assunto
Copolímeros, Células fotoelétricas, Eletroquímica, Físico química, Geração de energia fotovoltaica, Filmes finos
Palavras-chave
Células fotovoltaicas orgânicas, Politiofenos, OPV, Eletroquímica, Copolímero, Espectroeletroquímica