Estudo e caracterização de dispositivos orgânicos em multicamada utilizando dióxido de titânio nanoestruturado

Abstract

Resumo: O presente projeto relata o desenvolvimento de Diodos T'unel Orgˆanicos que apresentam heteroestruturas TiO2/PVA/P3HT, nas quais o PVA representa a barreira de tunelamento da junc¸ ˜ao. Os dispositivos fabricados apresentam geometria empilhada, na qual o c'atodo 'e um contato de tit ˆanio met' alico e o ˆanodo 'e um contato de ouro, entre eles h'a uma dupla camada diel ' etrica de TiO2 e PVA e, por fim, o semicondutor orgˆanico elegido foi o P3HT regioregular. Previamente 'a fabricac¸ ˜ao dos diodos, houveram investigac¸ ˜oes sobre di 'oxido de tit ˆanio nanoestruturado que levaram a formac¸ ˜ao de nanoesponjas, nanotubos, estruturas porosas e estruturas granuladas atrav'es de diferentes m'etodos de processamento, entre eles encontram-se s'?ntese eletroqu'?mica potenciost' atica, tratamento t ' ermico e combinac¸ ˜oes de ambos. Al 'em disso, foram criados Transistores de Efeito de Campo Orgˆanicos com a finalidade de testar a efici ˆencia da junc¸ ˜ao de TiO2 nanoestruturado/P3HT, j 'a aplicada com sucesso em c' elulas fotovoltaicas orgˆanicas. Foram conduzidos testes de Microscopia Eletr ˆonica de Varredura, Espectroscopia por Energia Dispersiva e Difrac¸ ˜ao de Raio- X para caracterizac¸ ˜ao das nanoestruturas de di 'oxido de tit ˆanio e, as curvas caracter '?sticas dos dispositivos fabricados foram obtidas por meio de medidas feitas em um Analisador de Par ˆametros de Semicondutores Agilent 4155C. As curvas I-V dos diodos caracterizaram-se pela presenc¸a de regi ˜oes de resist ˆencia negativa, propriedades t'?picas de diodos t 'unel e, portanto, com o intuito de comprovar que o PVA se porta como barreira de tunelamento e de validar os resultados experimentais, foram realizados testes com amostras de controle, e um modelo te ' orico da heterojunc¸ ˜ao foi desenvolvido para meios de comparac¸ ˜ao. Palavras Chave: Diodo T'unel Orgˆanico. P3HT. TiO2 nanoestruturado. Heteroestruturas. Resistˆencia Negativa.

Abstract: The current project reports the development of Organic Tunnel Diodes with TiO2/PVA/P3HT heterostructues, in which the PVA represents the tunneling barrier of the junction. The fabricated devices present a stacked geometry, where the cathode is a metallic titanium contact and the anode is a contact made of gold, in between the terminals a TiO2 and PVA bilayered dielectric is positioned and, the elected organic semiconductor is a regioregular P3HT. Previously to the assemble of the diodes, there were investigations regarding nanostructured titanium dioxide that led to the formation of nanosponges, nanotubes, porous structures and granulated structures through different processing methods, such as potentistatic electrochemical synthesis, annealing and combinations of both. Besides, Organic Field Effect Transistors were created to test the efficiency of the nanostructured TiO2/P3HT junction, which have been successfully implemented to Organic Photovoltaic Cells. Scanning Electronic Microscopy, Dispersed Energy Espectroscopy and X Ray Diffraction were conducted to characterize the titanium dioxide nanostructures and, the characteristic curves of the fabricated devices were obtained by means of the Agilent 4155C Semiconductor Parameter Analyzer. The I-V curves of the diodes are characterized by the presence of negative resistance regions, typical properties of tunnel diodes. Thus, in order to verify that the PVA behaves as a tunneling barrier and to validate the experimental results, tests were conducted using control samples and a theoretical model of the heterojunction was proposed for comparison purposes. Keywords: Organic Tunnel Diode. P3HT. Nanostructured TiO2. Heterostructures. Negative Resistance.