Estudo sobre filmes finos orgânicos depositados pelas técnicas de Spin e Blade Coating para a fabricação de células solares orgânicas.

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Mora Pastrana, Loren
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-29082023-112933/
Resumo: Este trabalho tem como objetivo a preparação de soluções de materiais orgânicos, a deposição e a caraterização de filmes finos depositados pelas técnicas de spin coating e blade coating. Os materiais utilizados foram o PEDOT [poli(3,4-etilenodioxitiofeno)] e PSS [poli(4-sulfonato de estireno)]. O processamento a partir de compostos contendo água como solvente, realizouse em ambiente natural, enquanto que os demais, como P3HT [poli(3- hexiltiofeno)] e PC61BM [(6,6 fenil-C61 ácido butírico-metil ester)] foram processados em ambiente controlado de Nitrogênio. Os dados obtidos a partir da caracterização padrão dos filmes depositados por ambas as técnicas de deposição, são comparados segundo espessura, rugosidade, absorbância e estrutura. Tais comparações justificam alterações nos parâmetros de fabricação, visando aumentar a eficiência e o tempo de vida da célula solar. Este estudo é parte da busca dos parâmetros a serem utilizados na fabricação de Células Solares Orgânicas (CSOs) através da técnica de blade coating, visando a implementação de um sistema otimizado de fabricação. Tratamentos de superfície, filtragem, concentração da solução para formação do filme ativo, velocidade de deposição e processo de fabricação foram estudadas para otimizar o rendimento das CSOs. Estudos morfológicos, ópticos e estruturais realizaram-se em todos os filmes depositados mantendo os mesmos objetivos. A camada transportadora de lacunas formada pelo PEDOT:PSS foi depositada pelo processo de spin coating com espessuras dentre 80 e 38 nm, com rugosidade de 2 nm. As deposições por blade coating diminuíram para espessuras entre 40 e 20 nm e rugosidade de 1,5 nm, com a consequente modificação da absorbância. Os valores de espessura da camada ativa P3HT:PC61BM (1:1) considerados estavam entre 100 e 200 nm, com absorbância máxima de 0,04. Foi demostrada a cristalinidade através de dados obtidos por análise de difração de Raio X da solução de P3HT:PC61BM (1:1) com concentração de 26 mg/mL. Filmes depositados por blade coating apresentaram espessuras (>140 nm) com absorbância de 0,5 - 0,8.
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Os dados obtidos a partir da caracterização padrão dos filmes depositados por ambas as técnicas de deposição, são comparados segundo espessura, rugosidade, absorbância e estrutura. Tais comparações justificam alterações nos parâmetros de fabricação, visando aumentar a eficiência e o tempo de vida da célula solar. Este estudo é parte da busca dos parâmetros a serem utilizados na fabricação de Células Solares Orgânicas (CSOs) através da técnica de blade coating, visando a implementação de um sistema otimizado de fabricação. Tratamentos de superfície, filtragem, concentração da solução para formação do filme ativo, velocidade de deposição e processo de fabricação foram estudadas para otimizar o rendimento das CSOs. Estudos morfológicos, ópticos e estruturais realizaram-se em todos os filmes depositados mantendo os mesmos objetivos. A camada transportadora de lacunas formada pelo PEDOT:PSS foi depositada pelo processo de spin coating com espessuras dentre 80 e 38 nm, com rugosidade de 2 nm. As deposições por blade coating diminuíram para espessuras entre 40 e 20 nm e rugosidade de 1,5 nm, com a consequente modificação da absorbância. Os valores de espessura da camada ativa P3HT:PC61BM (1:1) considerados estavam entre 100 e 200 nm, com absorbância máxima de 0,04. Foi demostrada a cristalinidade através de dados obtidos por análise de difração de Raio X da solução de P3HT:PC61BM (1:1) com concentração de 26 mg/mL. Filmes depositados por blade coating apresentaram espessuras (>140 nm) com absorbância de 0,5 - 0,8.The objective of this work is the preparation of solutions of organic materials, the deposition and the characterization of thin films deposited by spin coating and blade coating techniques. The materials used were PEDOT:PSS [poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene 4-sulfonate)]. The processing from compounds containing water as a solvent was carried out in a natural environment, while the others, such as P3HT [poly(3-hexylthiophene)] and PC61BM [(6,6 -phenyl-C61 butyric acid-methyl ester)] were processed in a Nitrogen environment. The data obtained from the standard characterization of the films deposited by both deposition techniques are compared, according to thickness, roughness, absorbance and structure. Such comparisons justify changes in manufacturing parameters, aiming to increase the efficiency and lifetime of the solar cell. This study is part of the definition of parameters to be used in the manufacture of Organic Solar Cells (CSOs) through the blade coating technique, aiming at the implementation of an optimized manufacturing system. Surface treatments, filtration, solution concentration for active film formation, deposition speed and manufacturing process were studied to optimize the yield of CSOs. Morphological, optical and structural studies were carried out on all deposited films keeping the objective. In the case of the gap carrier layer formed by PEDOT:PSS, it was deposited by the spin coating process with thicknesses between 80 and 38 nm, with a roughness of 2 nm. Blade coating depositions decreased to thicknesses between 40 and 20 nm and roughness of 1.5 nm, with a consequent change in absorbance. The P3HT:PC61BM (1:1) active layer thickness values are between 100 and 200 nm, with a maximum absorbance of 0.04. Crystallinity was demonstrated through data obtained by X-ray diffraction analysis of the P3HT:PC61BM (1:1) solution with a concentration of 26 mg/mL. Films deposited by blade coating showed thicknesses (>140 nm) with absorbance of 0.5 - 0.8.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPFonseca, Fernando JosepettiMora Pastrana, Loren 2023-06-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-29082023-112933/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2023-08-30T13:30:02Zoai:teses.usp.br:tde-29082023-112933Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212023-08-30T13:30:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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