Influência da dopagem com BCF e do solvente na eficiência e estabilidade de células solares orgânicas

Abstract

Resumo: A crescente demanda por fontes de energia renovável, impulsionada pelo aumento global do consumo de eletricidade, evidencia a necessidade de alternativas sustentáveis. As células solares orgânicas (OSCs) destacam-se como uma tecnologia promissora de energia limpa. Contudo, a otimização de sua eficiência e estabilidade permanece um desafio crítico. Este trabalho in vestigou a fabricação e padronização de dispositivos baseados nas blendas P3HT:PC61BM e PM6:Y6, estabelecendo parâmetros de referência para estudos de degradação e dopagem. Es pecificamente, analisou-se o impacto do aditivo tris(pentafluorofenil)borano (BCF) em filmes e dispositivos baseados em P3HT, com ênfase na influência dos solventes clorofórmio (CF) e 1,2-diclorobenzeno (ODCB) sobre o mecanismo de dopagem. As análises de absorção UV-Vis e FTIR revelaram que a natureza da interação do BCF é fortemente dependente do ambiente químico e da presença de umidade, em que o aditivo transita de um ácido de Lewis para um ácido de Brønsted. Os resultados demonstraram que o uso de ODCB favoreceu uma cinética de secagem mais lenta, impactando em propriedades elétricas relevantes. Em contrapartida, filmes processados com CF apresentaram comportamentos distintos de agregação. A adição de BCF resultou em melhorias mensuráveis na condutividade elétrica e na estabilidade, reduzindo processos de degradação acelerada em ambiente atmosférico. Conclui-se que a dopagem com BCF é uma estratégia viável para aumentar a performance e a vida útil das OSCs, dependendo criticamente do ajuste do sistema de solventes

Abstract: The growing demand for renewable energy sources, driven by the global increase in electricity consumption, highlights the need for sustainable alternatives. Organic solar cells (OSCs) have emerged as a promising clean energy technology. However, optimizing their efficiency and sta bility remains a critical challenge. This work investigated the fabrication and standardization of devices based on P3HT:PC61BM and PM6:Y6 blends, establishing reference parameters for degradation and doping studies. Specifically, the impact of the tris(pentafluorophenyl)borane (BCF) additive on P3HT-based films and devices was analyzed, with emphasis on the influence of the solvents chloroform (CF) and 1,2-dichlorobenzene (ODCB) on the doping mechanism. UV–Vis absorption and FTIR analyses revealed that the nature of the BCF interaction is strongly dependent on the chemical environment and the presence of moisture, in which the additive transitions from a Lewis acid to a Brønsted acid. The results demonstrated that the use of ODCB promoted slower drying kinetics, affecting relevant electrical properties. In con trast, films processed with CF exhibited distinct aggregation behaviors. The addition of BCF led to measurable improvements in electrical conductivity and stability, reducing accelerated degradation processes under ambient conditions. It is concluded that BCF doping is a viable strategy to enhance the performance and lifetime of OSCs, critically depending on the proper adjustment of the solvent system