Nanostructured organic layers via polymer demixing for interface-enhanced photovoltaic cells

Significant progress is being made in the photovoltaic energy conversion using organic semiconducting materials. One of the focuses of attention is the morphology of the donor-acceptor heterojunction at the nanometer scale, to ensure efficient charge generation and loss-free charge transport at the same time. Here, we present a method for the controlled, sequential design of a bilayer polymer cell architecture that consists of a large interface area with connecting paths to the respective electrodes for both materials. We used the surface-directed demixing of a donor conjugated/guest polymer blend during spin coating to produce a nanostructured interface, which was, after removal of the guest with a selective solvent, covered with an acceptor layer. With use of a donor poly(p-phenylenevinylene) derivative and the acceptor C-60 fullerene, this resulted in much-improved device performance, with external power efficiencies more than 3 times higher than those reported for that particular material combination so far.

Dye-sensitized solar cell architecture based on indium-tin oxide nanowires coated with titanium dioxide

A new architecture for dye-sensitized solar cells is employed, based on a nanostructured transparent conducting oxide protruding from the substrate, covered with a separate active oxide layer. The objective is to decrease electron-hole recombination. The concept was tested by growing branched indium-tin oxide nanowires on glass using pulsed laser deposition followed by deposition of a sputtered titanium dioxide layer covering the wires. The separation of charge generation and charge transport functions opens many possibilities for dye-sensitized solar cell optimization. (c) 2007 Acta Materialia. Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Polymer light emitting devices with Langmuir Blodgett (LB) films of a polyfluorene derivative

Polyfluorenes are promising materials for the emitting layer of polymer light emitting devices (PLEDs) with blue emission. In this work, we report on PLEDs fabricated with Langmuir-Blodgett (LB) films of a polyfluorene derivative, namely poly(9,9-di-hexylfluorenediyl vinylene-alt-1,4-phenylenevinylene) (PDHF-PV). Y-type LB films were transferred onto ITO substrates at a surface pressure of 35 mN m-1 and with dipping speed of 3 mm min -1. A thin aluminum layer was evaporated on top of the LB film, thus yielding a sandwich structure (ITO/PDHF-PV(LB)/Al). Current-voltage (I vs V) measurements indicate that the device displays a classical behavior of a rectifying diode. The threshold value is approximately 5 V, and the onset for visible light emission occurs at ca. 10 V. From the a.c. electrical responses we infer that the active layer has a typical behavior of PLEDs where the real component of ac conductivity obeys a power-law with the frequency. Cole-Cole plots (Im(Z) vs. Re(Z)) for the device exhibit a series of semicircles, the diameter of which decreases with increasing forward bias. This PLED structure is modeled by a parallel resistance and capacitance combination, representing the dominant mechanisms of charge transport and polarization in the organic layer, in series with a resistance representing the ITO contact. Overall, the results presented here demonstrate the feasibility of LEDs made with LB films of PDHF-PV.

Estudo das propriedades de fotogeração e transporte de portadores de cargas em dispositivos optoeletrônicos orgânicos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo da fotocapacitância em dispositivos MIS orgânicos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise do 'LA''CR'O IND.3' dopado com 'SR' e 'CO',preparados via reação de combustão, utilizando difração de raios X com aplicação do método de Rietveld

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Simulação de transporte eletrônico em dispositivos unimoleculares baseados em indicadores de pH

Nas últimas décadas, diversos pesquisadores têm tentado empregar moléculas em dispositivos eletrônicos de nanoescala. Por este motivo, diferentes parâmetros eletro/ópticos, que regem o transporte eletrônico em moléculas orgânicas, precisam ser analisados. Neste trabalho foi desenvolvido um estudo de transporte de carga para o composto Vermelho de Propila, popularmente utilizado como indicador de pH. A motivação para estudá-lo resulta de sua estrutura constituída por subunidades doadora-aceitadora, acopladas via grupo azo (N=N), uma característica bem conhecida em retificadores moleculares. A metodologia utilizada para tratar o sistema em equilíbrio é baseada em métodos de Mecânica Molecular e Hartree-Fock. Sendo que, para simular o sistema em não-equilíbrio, foi empregado o formalismo de Landauer-Büttiker. Através desses métodos, as curvas características do sistema molecular foram traçadas e comparadas. O resultado da comparação permitiu explicar os fenômenos que regem o transporte eletrônico na nanoestrutura. Além disso, foram analisados os efeitos de contatos metálicos, ligados a molécula na presença de campo elétrico externo.

Aplicação de métodos teóricos na investigação da transferência auto-consistente de elétrons em nano-retificador orgânico

Neste trabalho apresentamos um estudo teórico da estrutura eletrônica de uma molécula do tipo Doador-dinitrobenzene e um grupo Aceitador-dihydrophenazine (D-A) com pontes poliênicas variando de π = 0 à π = 10. Trata-se de um sistema promissor para o desenvolvimento de retificadores moleculares, que sob dopagem química podem vir a adquirir propriedades elétricas de material condutor. E ainda, sob ação de campo elétrico externo apresenta comportamento equivalente ao de dispositivos usuais, mas com inúmeras vantagens como, por exemplo, tamanho extremamente reduzido e intensa resposta ótica em regime não-linear. Para estudar esse sistema, fizemos otimizações de geometria sistematicamente, levando em conta cálculos de ZINDO/S-CIS (Zerner´s Intermediate Neglect of Differential Orbital/Spectroscopic – Configuration Interaction Single) que utilizam 220 configurações em média. Observamos uma transferência eletrônica calculada por métodos derivados de Hartree-Fock. Nossos resultados mostram uma delocalização bem definida dos Orbitais Moleculares de Fronteira (OMFs) HOMO[LUMO] nos grupos D[A] para molécula com ponte poliênica relativamente grande. Para estruturas com ponte poliênica relativamente pequena o contrário é observado, e uma uniformidade dos OMFs nos terminais DA é verificada. O que indicaria que somente as estruturas com ponte poliênica relativamente grande seriam promissoras pra criação de dispositivos, tendo LUMO como canal de condução. Um estudo detalhado do rearranjo de carga molecular para a mesma estrutura, sob a ação de um campo elétrico externo mostrou que o transporte de carga no grupo D[A] independe do tamanho da ponte poliênica. A voltagem aplicada é intensa o bastante para criar um potencial de saturação para este sistema com grupos DA muito próximos (evidenciando uma região de saturação e uma região de operação para sistemas com pontes pequenas), normalmente presente e sistemas com ponte molecular relativamente grande e nos dispositivos semicondutores macroscópicos. Acreditamos que o OMF LUMO desempenha um papel importante no que diz respeito ao transporte de carga em estruturas relativamente grandes, seguido de falhas em estruturas moleculares onde o grupo D está muito próximo do A. Nossos resultados mostram que temos um retificador molecular que pode trabalhar corretamente como um retificador macroscópico.

Estudo do transporte eletrônico em nanoestruturas baseadas em carotenoides e tétrades com fulereno C60

Neste Trabalho é apresentado um estudo teórico da estrutura eletrônica de uma molécula de fulereno C60 com junções em quatro terminais baseados em grupos doadores de elétron – etratiofulvaleno (TTF) – e grupos aceitadores de elétrons – fenilpropanodinila (FPP) e dispositivos moleculares baseados em derivados dos Carotenoides. O mecanismo de transporte investigado para os derivados dos Carotenoides foram utilizados para o melhor entendimento das curvas de Fowler- Nordheim (FN) e Millikan-Lauritsen (ML) para os sistemas baseados em fulereno C60. Em todos os casos foi possível confirmar que a análise empírica de Millikan-Lauritsen (ML) também é suficiente para descrever em todos os aspectos a espectroscopia de voltagem de transição (TVS). Para estudar os sistemas, foram feitas otimizações de geometria sistematicamente e observado uma transferência eletrônica calculada por métodos derivados de Hartree-Fock e Teoria do Funcional Densidade (DFT). Os resultados apresentados mostram um estudo detalhado do rearranjo de carga molecular para a estrutura, que sob a ação de um campo elétrico externo apontou que o transporte de carga está diretamente ligado ao tipo de junção que esse sistema é submetido de forma que a voltagem aplicada é intensa o bastante para criar um potencial de saturação nos sistemas em estudo: fulereno C60 com três terminais de tetratiofulvaleno e um terminal de fenil-propanodinila (C60-(TTF)₃-FPP); fulereno C60 com quatros terminais de fenil-propanodinila (C60-(FPP)₄). Os resultados mostram que se tem um retificador molecular que pode trabalhar corretamente como um retificador macroscópico.

Estrutura eletrônica de derivados de C60 para aplicações em células solares orgânicas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Confinement effects and why carbon nanotube bundles can work as gas sensors

Carbon nanotubes have been at the forefront of nanotechnology, leading not only to a better understanding of the basic properties of charge transport in one dimensional materials, but also to the perspective of a variety of possible applications, including highly sensitive sensors. Practical issues, however, have led to the use of bundles of nanotubes in devices, instead of isolated single nanotubes. From a theoretical perspective, the understanding of charge transport in such bundles, and how it is affected by the adsorption of molecules, has been very limited, one of the reasons being the sheer size of the calculations. A frequent option has been the extrapolation of knowledge gained from single tubes to the properties of bundles. In the present work we show that such procedure is not correct, and that there are qualitative differences in the effects caused by molecules on the charge transport in bundles versus isolated nanotubes. Using a combination of density functional theory and recursive Green's function techniques we show that the adsorption of molecules randomly distributed onto the walls of carbon nanotube bundles leads to changes in the charge density and consequently to significant alterations in the conductance even in pristine tubes. We show that this effect is driven by confinement which is not present in isolated nanotubes. Furthermore, a low concentration of dopants randomly adsorbed along a two-hundred nm long bundle drives a change in the transport regime; from ballistic to diffusive, which can account for the high sensitivity to different molecules.

Estudo, construção e caracterização de diodos orgânicos tipo Schttky

During the twentieth century the inorganic electronics was largely developed being present in various industrial equipment or household use. However, at the end of that century were verified electronic properties in organic compounds, giving rise to the field of organic electronics. Since then, the physical properties of elementary devices such as diodes and organic transistors have been studied. In this work was studied the properties of diode devices fabricated with a semiconductor polymer, the poly-o-methoxyaniline (POMA). Devices containing electrodes of Au and Al were fabricated with semiconductor polymer of different doping levels. We found that the rectifying behavior for the heterojunctions metal/polimer are reached only for high doping level (with conductivity greater than 1,77. 10-9 S / cm), which gives the devices characteristic of a Schottky diode. The rectifying behavior was observed for electric fields of low magnitude, below the operating field (~ 600 V/cm), while for electric field greater than 600 V/cm the a linear behavior I vs.V was obtained. We determined that this Ohmic behavior arises from the charge transport over the volume of the semiconductor material after the lowering of the metal/semiconductor barrier. In devices with weakly doped semiconductor, the electrical resistance of the volume becomes high and the process of charge transportation is dominated by the volume, for any intensity of the applied electric field

Caracterização e aplicação da Blenda PEDOT : PSS/PVA na construção de eletrodos transparentes e dispositivos eletroluminescentes

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Supramolecular organization-electrical properties relation in nanometric organic films

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Ambientes de confluência no contexto da rede de drenagem: exemplo da bacia hidrográfica do rio Ivaí - estado do Paraná

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)