Dispositivos fotovoltaicos e termoelétricos orgânico baseados em poli (2,2' - Bitiofeno)

Abstract

Resumo: O presente trabalho teve como objetivo analisar a aplicação do polímero orgânico semicondutor polibitiofeno (PBT) em dois diferentes dispositivos geradores de energia, as celulas solares e os termogeradores. Alem disso, visavamos codepositar eletroquimicamente óxido de grafeno reduzido (RGO) e analisa-lo enquanto componente do compósito da camada ativa de dispositivos fotovoltaicos. Dispositivos fotovoltaicos foram fabricados e analisados tendo como camada ativa o PBT e tambem o composito PBT:RGO. Foram efetuadas medidas I x V dos dispositivos e analises morfológicas dos filmes. Os resultados para o PBT foram equivalentes aos encontrados na literatura, e o compósito PBT:RGO nao se mostrou eficiente para este fim. No que se refere a aplicacao do PBT em dispositivos termoelóetricos, um sistema de medidas termoelóetricas para filmes finos com gradiente de temperatura perpendicular a superfície do filme foi construído. Foram testados diferentes eletrodos inferiores, o ouro e o oxido de índio-estanho (ITO). Como eletrodo superior, utilizamos alumínio. As medidas do coeficiente de Seebeck desse material foram realizadas medindo as temperaturas e a diferenca de potencial entre os eletrodos (inferior e superior). Dispositivos com eletrodo inferior de ITO apresentaram coeficientes de Seebeck negativos. Os dispositivos com eletrodo inferior de ouro, por outro lado, apresentaram coeficientes de Seebeck positivos, e com valores acima dos conhecidos para polímeros, ate o momento. Dado o comportamento dual do material, foram fabricados tambem termogeradores completos com estrutura analoga à estrutura comercial, no entanto, utilizando apenas uma camada polimerica e um único eletrodo, o que simplifica enormemente o processo de preparo do dispositivo. Analisaram-se as espessuras com melhores resultados nessa arquitetura, e a caracterizacao do coeficiente de Seebeck do dispositivo. Os resultados mostraram uma nova possibilidade no que se refere a fabricacão de termogeradores, permitindo um dispositivo completo a partir de um unico material. Palavras-chave: Polibitiofeno, dispositivos fotovoltaicos, celulas solares, dispositivos ter- moeletricos, termoeletricidade, coeficiente Seebeck.

Abstract: The present work is intended to analyze the application of the organic polymeric semicon-ductor, polybithiophene (PBT), in two different energy-generating devices, solar cells and thermogenerators. Moreover, we sought to co-deposit electrochemically reduced graphene oxide (RGO) and analyze it as a component of the active layer in photovoltaic devices. The photovoltaic devices were fabricated and analyzed having PBT or PBT:RGO composite as active layer. I x V measurements were carried out in the devices and the morphological properties were analyzed. The results for PBT were equivalent to those found on the literature, and the PBT:RGO composite showed itself ineffe ctive for this purpose. A thermoelectric measurement system for thin films with temperature gradient perpendicular to the film surface was built. PBT was then applied in the fabrication of thermoelectric devices. Gold and indium tin oxide (ITO) were experimented as bottom electrodes, whereas, aluminum was used as top electrode. The measurements of the Seebeck coefficient of this material were carried out by measuring the temperatures and the difference of potential between the electrodes (bottom and the top electrode). The ITO bottom electrode devices showed negative Seebeck coefficients, whereas the Au bottom electrode devices have showed positive Seebeck coefficients. In view of the dual material behavior, complete thermogenerators were also fabricated with structure analogous to the commercial devices, however, having a single layer, which enormously simplifies device preparation proceeding. The best results for the thickness in this architecture were studied, and the characterization of the Seebeck coefficient of the device were also made. The results showed a new possibility regarding the fabrication of thermogenerators, allowing a complete device from one single material as active layer. Key-words: Polybithiophene, photovoltaic devices, solar cells, thermoelectric devices, thermoelectricity, Seebeck coefficient.