Correlações entre composição, propriedades fotofísicas e comportamento fotovoltaico de copolímeros e fluoreno-tiofeno

Abstract

Resumo: Foram estudadas as propriedades fotofísicas e fotovoltaicas de três copolímeros alternados de fluoreno-tiofeno, com estrutura similar, nos quais foram feitas inserções sistemáticas de grupos tiofeno na cadeia principal: poli(9,9'-n-dihexil-2,7-fluoreno-alt-2,5-tiofeno) (LaPPS23), poli(9,9'-n-dihexil-2,7- fluoreno-alt-5,5´:2,2´-bitiofeno) (LaPPS43) e poli(9,9'-n-dihexyl-2,7-fluorene-alt- 5,5´´:2,2´:5´,2´´-tertiofeno) (LaPPS45). Os três copolímeros foram sintetizados por acoplamento Suzuki. As estruturas dos intermediários e dos produtos finais sintetizados foram caracterizadas e discutidas, com uma proposta de mecanismo para as mesmas. A caracterização fotofísica foi feita em soluções de diversas concentrações e em filme, possibilitando o acesso à influência da quantidade de grupos tiofeno nestas propriedades. As propriedades fotovoltaicas obtidas para as células em bicamada e em blenda dispersa utilizando os polímeros LaPPS 23, LaPPS 43 e LaPPS 45 como camada ativa foram avaliadas, incluindo variações na construção das células,notadamente a espessura da camada polimérica. Foram estabelecidas correlações entre os comportamentos fotofísico e fotovoltaico. As propriedades eletrônicas foram avaliadas através de medidas de mobilidade, e dentro do quadro geral das propriedades dos materiais originais a previsão de melhor comportamento fotovoltaico para o polímero contendo o maior numero de grupamentos tiofeno (LaPPS45) foi confirmada. No entanto, após tratamento térmico esta tendência variou, e o polímero com dois grupos tiofeno (LaPPS43) apresentou maior eficiência fotovoltaica, sete vezes maior do que o polímero original. A morfologia estudada por microscopia de força atômica revelou ser um dos fatores chave para o desempenho dos materiais para a construção de células solares.