Propriedades optoeletrônicas de materiais orgânicos aplicadas em célula solar e biossensor

Abstract

Resumo: Neste trabalho, polímeros conjugados foram estudados e aplicados em células solares orgânicas e em um biossensor óptico. Um estudo comparativo das propriedades ópticas, morfológicas e elétricas entre o copolímero PFO-DBT e seu análogo com silício, PSiF-DBT, foi demostrado nesta tese. Devido à maior capacidade de absorção solar nas regiões de maiores comprimentos de onda, um melhor empilhamento entre as cadeias poliméricas e uma maior rugosidade nos filmes, os dispositivos fotovoltaicos orgânicos utilizando como camada ativa o PSiF-DBT exibiram um melhor desempenho em comparação com os dispositivos utilizando o PFO-DBT. Nanopartículas poliméricas dispersas em meio aquoso foram sintetizadas pela técnica de miniemulsão. Neste estudo, nanopartículas compostas pelo copolímero F8T2, homopolímero MDMO-PPV e uma mistura de ambos foram investigadas com o objetivo de desvendar a interação entre esses materiais. Quanto menor a distância entre os materiais nanoestruturados uma maior transferência de energia de ressonância de Förster (FRET) foi observada do F8T2 para o MDMO-PPV. Essa maior transferência de energia pode gerar mais portadores de carga livre, aumentando a densidade de corrente de curto circuito, quando as nanopartículas foram aplicadas como camada ativa em dispositivos fotovoltaicos orgânicos, influenciando no aumento da eficiência desses dispositivos. Foi desenvolvido também um biossensor óptico a partir da espectroscopia de fotoluminescência, utilizando como material transdutor o copolímero F8T2. Esse estudo teve como objetivo a detecção da doença infecciosa COVID-19 causada pelo vírus SARS-CoV-2 através da interação antígeno/anticorpo. Foram realizados estudos utilizando o antígeno RBD da proteína Spike de SARS-CoV-2, o anticorpo IgG anti-RBD purificado produzido em coelhos, e por fim, foi utilizado, no lugar do anti-RBD, soro sanguíneo de pacientes que apresentaram resultados positivo e negativo para a COVID-19. Foi mostrado que as reações formadas pela ligação de um antígeno ao anticorpo podem transferir elétrons para o F8T2, alterando o espectro de fotoluminescência do mesmo. Por fim, os primeiros esforços da transição do Laboratório DiNE para a tecnologia de impressão foram apresentados. Essa transição proporcionará o futuro desenvolvimento de dispositivos orgânicos em grandes áreas. Palavras-chave: Polímeros Conjugados. Transferência de Energia Nanopartículas. Células Solares Orgânicas. Biossensor. Interação Antígeno/Anticorpo.

Abstract: In this study, conjugated polymers were studied and applied to organic solar cells and an optical biosensor. A comparative study of optical, morphological and electrical properties between the PFO-DBT copolymer and its silicon analog, PSiF-DBT, was also demonstrated. Due to the greater capacity of solar absorption in the regions of greater wavelengths, a better stacking between the polymer chains and a greater roughness in the films, the organic photovoltaic devices using the PSiF-DBT as an active layer have shown a higher performance compared to devices using PFO-DBT. Polymeric nanoparticles dispersed in aqueous medium were synthesized using the miniemulsion technique. In this study, nanoparticles composed of F8T2 copolymer, MDMOPPV homopolymer and a mixture of both were investigated in order to unveil the interaction between these materials. The shorter the distance between the nanostructured materials, the greater the transfer of Förster resonance energy (FRET) that was observed from the F8T2 to the MDMO-PPV. This greater energy transfer could generate more free charge carriers, increasing the short-circuit current density, when the nanoparticles were applied as an active layer in organic photovoltaic devices, influencing the increase in these devices' efficiency. An optical biosensor was also developed from photoluminescence spectroscopy, using the copolymer F8T2 as the transducer material. This study aimed to detect the infectious disease COVID-19 caused by the SARS-CoV-2 virus through antigen/antibody interaction. Studies were performed using the SARS-CoV-2 Spike protein RBD antigen, the purified IgG anti-RBD antibody produced in rabbits, and finally, blood serum from patients who presented positive and negative results for COVID-19. It has been shown that the reactions formed by the binding of an antigen to the antibody can transfer electrons to the F8T2, changing its photoluminescence spectrum. Finally, the first efforts of the transition from the DiNE Laboratory to printing technology were presented. This transition will provide for the future development of organic devices in large areas. Keywords: Conjugated Polymers. Energy Transfer. Nanoparticles. Organic Solar Cells. Biosensor. Antigen/Antibody Interaction