Estudo de semicondutores orgânicos e híbridos processados com tecnologias possíveis de serem aplicadas em larga escala

Abstract

Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de métodos eficientes e economicamente viáveis para a produção em larga escala de dispositivos eletrônicos, sensores de gás e células fotovoltaicas. Foram utilizadas técnicas de tratamento por plasma de pressão atmosférica e revestimento por slot-die para a deposição de materiais funcionais, buscando otimizar o desempenho e acessibilidade desses dispositivos. Inicialmente, foram realizadas modificações nas superfícies de substratos de PET por plasma frio, resultando em um aumento de 60% na molhabilidade e redução das ligações C–H, com estabilidade ao longo de uma semana. Esses resultados indicam o potencial do sistema Piezobrush para aplicações industriais. Na sequência, foram desenvolvidos sensores de gás com filmes finos de ZnO e PEDOT depositados por slot-die. Verificouse que maiores proporções de PEDOT resultam em menor rugosidade e uniformidade dos filmes, proporcionando respostas ao metanol em substratos de vidro e PET à temperatura ambiente, com boa repetibilidade e baixa temperatura de operação, mostrando viabilidade para substratos flexíveis. Tratamentos com microplasma foram aplicados a QDs de MoS2, promovendo alterações nas propriedades ópticas e energéticas, como o aumento do bandgap e do nível de Fermi, com estabilidade em soluções aquosas e de etanol. Tais modificações evidenciam o potencial do microplasma para controle de interfaces em nanomateriais. A integração de QDs de MoS2 em dispositivos de perovskita resultou em alinhamento tipo I, favorecendo a separação e coleta de cargas, o que aponta para células solares de QDs de alta eficiência, com potencial de otimização para outros pares de materiais. Por fim, a produção de filmes de ZnO pelo método sol-gel foi otimizada quanto à razão entre precursores, concentração de ZnO e atmosfera de formação, fatores críticos para a qualidade e morfologia dos filmes, com ampla aplicabilidade. Conclui-se que este estudo contribui para o avanço sustentável e escalável de dispositivos eletrônicos e fotovoltaicos, demonstrando a eficácia de abordagens inovadoras para fabricação desses sistemas

Abstract: This work presents the development of efficient and economically viable methods for the large-scale production of electronic devices, gas sensors, and photovoltaic cells. Atmospheric pressure plasma treatments and slot-die coating techniques were employed for the deposition of functional materials, aiming to optimize the performance and accessibility of these devices. Initially, modifications were made to PET substrate surfaces using cold plasma, resulting in a 60% increase in wettability and a reduction in C–H bonds, with stability observed over one week. These results indicate the potential of the Piezobrush system for industrial applications. Following this, gas sensors were developed using thin films of ZnO and PEDOT deposited by slot-die. It was found that higher proportions of PEDOT led to lower roughness and film uniformity, providing methanol response values on glass and PET substrates at room temperature, with good repeatability and low operating temperature, demonstrating viability for flexible substrates. Microplasma treatments were applied to MoS2 QDs, promoting changes in optical and energetic properties, such as an increase in bandgap and Fermi level, with stability in aqueous and ethanolic solutions. These modifications highlight the potential of microplasma for interface control in nanomaterials. The integration of MoS2 QDs in perovskite devices resulted in a type-I alignment, favoring charge separation and collection, pointing towards high-efficiency QD solar cells with optimization potential for other material pairs. Finally, ZnO film production via the solgel method was optimized regarding precursor ratio, ZnO concentration, and formation atmosphere, which are critical factors for film quality and morphology, with broad applicability. In conclusion, this study contributes to the sustainable and scalable advancement of electronic and photovoltaic devices, demonstrating the effectiveness of innovative approaches for the fabrication of these systems