Estudo teórico da mobilidade de elétrons e buracos em interfaces orgânicas do tipo N2200/PTzBI

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Radel, Willian Fábio
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: https://repositorio.unb.br/handle/10482/39881
Resumo: Dissertação (mestrado)–Universidade de Brasília, Faculdade UnB de Planaltina, Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais, 2020.
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spelling Estudo teórico da mobilidade de elétrons e buracos em interfaces orgânicas do tipo N2200/PTzBISemicondutores orgânicosMonte Carlo, Método deTransporte de cargaMobilidade de pólaronsDispositivos fotovoltaicos orgânicosDissertação (mestrado)–Universidade de Brasília, Faculdade UnB de Planaltina, Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais, 2020.Este trabalho apresenta a aplicação do método Monte Carlo Cinético (kMC, do inglês kinetic Monte Carlo) para simular o transporte de carga em semicondutores orgânicos (SOs) que são utilizados em dispositivos fotovoltaicos (OPVs, do inglês organic photovoltaics). Os OPVs são recentes, datando de meados do século XX, e surgiram como alternativa para os dispositivos inorgânicos, como os a base de silício. O interesse nos OPVs veio de seu uso na geração de energia solar, dentre outras aplicações, utilizando materiais baratos, acessíveis, de fácil fabricação e com facilidade de se aplicar em grandes áreas, no caso das células solares orgânicas (OSCs, do inglês organic solar cells), além de serem leves, flexíveis e de menor custo ambiental. Neste trabalho alguns parâmetros importantes para os SOs são tratados, como mobilidade dos portadores de carga e eficiência quântica interna. Recentemente, a área de pesquisa de materiais orgânicos condutores e semicondutores tem recebido cada vez mais atenção, com pesquisadores do mundo todo tentando entender melhor as suas características ópticas e eletrônicas. A mobilidade de pólarons, como são chamados os portadores de carga, é um dos pontos em que os materiais orgânicos perdem para os inorgânicos em eficiência, e em nossas simulações apontamos direções que auxiliam o entendimento e melhora desse parâmetro importante. Na área experimental existem diversas técnicas de medição deste parâmetro, destacando-se a Tempo de Vôo (ToF, do inglês time of flight), que pode ser simulado, como é o caso deste trabalho. Para nossas simulações, escolhemos os materiais N2200 (aceitador) e PTzBI (doador). Em nossos testes, encontramos valores de mobilidade de 0.0005cm²/Vs para elétrons e 0.004cm²/Vs para buracos. Nossos testes, em geral, tiveram valores maiores de mobilidade, chegando a 5cm²/Vs para buracos e 1cm²/Vs para elétrons, mostrando que alguns parâmetros, como a voltagem aplicada, têm grande impacto nos valores medidos de mobilidade. Já para as simulações da eficiência quântica interna (IQE, do inglês internal quantum efficiency), nossos valores chegaram a 92% para valores baixos da taxa de recombinação de pólarons, e chegando a 24% de IQE utilizando a mesma taxa de recombinação de pólarons usado por outros autores, para um tamanho dos sítios (moléculas) de 1.5nm. Ambas, mobilidade e eficiência quântica interna, dependem de fatores como temperatura, voltagem aplicada, tamanho dos sítios da camada ativa e densidade de portadores de carga. Inferimos, dos resultados, que tamanho dos sítios da rede, voltagem e localização dos pólarons são os fatores mais influentes na mobilidade de carga, e para os valores de IQE o que mais apresentou influência foi o tamanho dos sítios da rede.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).This work presents the application of kinetic Monte Carlo method (kMC) for simulating the charge transport in organic semiconductors (SOs) used in photovoltaic devices (OPVs). The OPVs are recent, dating from mid of XX century, and came as an alternative for inorganic devices, such as the silicon based ones. The interest in OPVs has come from its usage in solar power generation, among other applications, using cheap, accessible materials, easy to fabricate and easily applied in large areas, regarding organic solar cells (OSCs), in addition to being light, flexible and of lower environmental cost. In this work, some important parameters for SOs are approached, such as charge carrier mobility and internal quantum efficiency. Recently, the research area for conductive and semiconductive organic materials has received increasing attention, with researchers from all over the world trying to better understand their optical and electronic characteristics. The mobility of polarons, as charge carriers are called, is one of the parameters at which organic materials lose efficiency compared to inorganic materials, and in our simulations we point out directions that help understanding and improving this important parameter. In the experimental area there are several techniques for measuring this parameter, especially Time of Flight (ToF), which may be simulated, as it is the case of this work. For our simulations, we chose the materials N2200 (acceptor) and PTzBI (donor). In our tests, we found mobility values of 0.0005cm²/Vs for electrons and 0.004cm²/Vs for holes. Our tests, in general, had higher values of mobility, reaching 5cm²/ Vs for holes and 1cm²/ Vs for electrons, showing that some parameters, such as the applied voltage, have a great impact on the measured values of mobility. For the internal quantum efficiency (IQE) simulations, our values reached 92% for low values of the polaron recombination rate, and reaching 24% IQE using the same polaron recombination rate used by other authors, for a size of the sites (molecules) of 1.5nm. Both, mobility and internal quantum efficiency, depend on factors such as temperature, applied voltage, size of active layer sites and density of charge carriers. We inferred from the results that the size of the lattice sites, voltage and polarons localization are the most influential factors in charge mobility. And for the IQE values, the most significant influence was the size of the lattice sites.Ribeiro Júnior, Luiz AntônioEnders Neto, Bernhard GeorgRadel, Willian Fábio2021-01-12T13:53:44Z2021-01-12T13:53:44Z2021-01-122020-08-20info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfRADEL, Willian Fábio. Estudo teórico da mobilidade de elétrons e buracos em interfaces orgânicas do tipo N2200/PTzBI. 2020. 52 f., il. Dissertação (Mestrado em Ciência de Materiais)–Universidade de Brasília, Brasília, 2020.https://repositorio.unb.br/handle/10482/39881A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2023-07-13T20:21:44Zoai:repositorio.unb.br:10482/39881Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2023-07-13T20:21:44Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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