HYBRID PHOTOVOLTAIC DEVICES BASED ON ORGANIC SEMICONDUCTING POLYMERS AND INORGANIC NANOSTRUCTURED ELECTRODES

La fotovoltaica orgánica es una tecnología solar emergente que todavía no ha entrado en el mercado. El objetivo de esta tesis ha sido acercar un poco más la industrialización de dicha tecnología mediante el incremento de la eficiencia y la durabilidad de estos dispositivos solares. Para la consecución de dicho objetivo se identificaron las limitaciones existentes y se diseñó una hora de ruta con diversas estrategias para poder superar cada uno de los problemas. Así, mediante un exhaustivo control de la nano morfología del film fotoactivo y la introducción de electrodos nanoestructurados se ha conseguido incrementar la eficiencia. La sustitución de los electrodos estándares por nuevos electrodos basados en óxidos metálicos confiere durabilidad al sistema. Por último, la sustitución del óxido de indio y estaño como electrodo transparente por nanohilos metálicos de plata habilita la posibilidad de fabricar dispositivos solares flexibles de bajo coste.

Síntese e caracterização de microesferas poliméricas reticuladas à base de poli(ácido metacrílico) contendo nanopartículas magnéticas de ferritas de manganês

As nanopartículas de ferritas de manganês (MnFe2O4) tem sido de grande interesse por causa de suas notáveis propriedades magnéticas doces (baixa coercividade e moderada magnetização de saturação) acompanhada com boa estabilidade química e dureza mecânica. A formação de materiais híbridos/compósito estabiliza as nanopartículas magnéticas (NPMs) e gera funcionalidades aos materiais. Entretanto, não foi encontrada na literatura uma discussão sobre a síntese e as propriedades de polímeros polares reticulados à base de ácido metacrílico contendo ferritas de manganês na matriz polimérica. Assim, o objetivo desta Dissertação foi produzir partículas esféricas poliméricas reticuladas, com boas propriedades magnéticas, à base de ácido metacrílico, estireno, divinilbenzeno e ferritas de manganês. Neste trabalho, foram sintetizados compósitos de ferrita de manganês (MnFe2O4) dispersa em copolímeros de poli(ácido-metacrílico-co-estireno-co-divinilbenzeno), via polimerização em suspensão e em semi-suspensão. Foram variados os teores de ferrita (1% e 5%) e a concentração do agente de suspensão (0,2% e 5%). Além disso, foram testadas sínteses contendo a fase orgânica pré-polimerizada, e também a mistura da ferrita na fase orgânica (FO), antes da etapa da polimerização em suspensão. Os copolímeros foram analisados quanto as suas morfologias - microscopia óptica; propriedades magnéticas e distribuição das ferritas na matriz polimérica - VSM, SEM e EDS-X; propriedades térmicas TGA; concentração de metais presentes na matriz polimérica absorção atômica. As ferritas foram avaliadas quanto à cristalografia XRD. A matriz polimérica foi avaliada pela técnica de FTIR. As amostras que foram pré-polimerizadas e as que além de pré-polimerizadas foram misturadas as ferritas de manganês na FO, apresentaram as melhores propriedades magnéticas e uma incorporação maior da ferrita na matriz polimérica. Essas rotas sintéticas fizeram com que os copolímeros não apresentassem aglomeração, e também minimizou a presença de ferritas na superfície das microesferas. Em geral, todos os copolímeros obtidos apresentaram as características de materiais magneticamente doces além do superparamagnetismo. Foi constatado que o aumento da concentração do PVA e a diminuição da concentração da ferrita fazem com que os diâmetros das microesferas decresçam. Os resultados de TGA e DTG mostraram que ao misturar as ferritas na FO, a concentração de material magnético na matriz polimérica aumenta cerca de 10%. Entretanto, somente a amostra PM2550, pré-polimerizada e com as ferritas misturadas na FO (5% de ferrita e 0,2% de PVA), apresentou potencial aplicação. Isso porque as ferritas não ficaram expostas na superfície das microesferas, ou seja, o material magnético fica protegido de qualquer ação externa

Obtenção do copolímero de acrilonitrila e vinil-imidazol a partir da modificação química da poliacrilonitrila

Polímeros contendo anéis heterocíclicos, como o imidazol, possuem um grande interesse comercial e científico devido ao seu emprego em diversas áreas. Esses polímeros podem ser obtidos pela modificação química de polímeros comerciais como a poliacrilonitrila. Geralmente, esse tipo de reação é realizada por aquecimento convencional (térmico). Entretanto, mais recentemente, a irradiação por micro-ondas também começou a ser utilizada como fonte de energia para esse fim. Nesta Dissertação foi estudada, comparativamente, a modificação química da poliacrilonitrila comercial com etilenodiamina sob ativação de P2S5, empregando como fonte de aquecimento: o método convencional (térmico) e irradiação de micro-ondas, geradas em forno de micro-ondas doméstico e em reator de micro-ondas (Discover CEM), para produzir o copolímero de poliacrilonitrila e 2-vinil-imidazol. As reações foram efetuadas em diferentes tempos reacionais, em diferentes temperaturas no reator de micro-ondas e em diferentes potências do forno doméstico. Os copolímeros produzidos foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e por ressonância magnética de núcleo de hidrogênio (NMR-1H). A poliacrilonitrila foi modificada quimicamente com sucesso em todos os métodos empregados, como foi verificado pela sua análise de FTIR. Os melhores resultados obtidos foram: em 48 h de aquecimento térmico, 20 min de irradiação de micro-ondas em forno doméstico e 20 min a 80C em reator de micro-ondas, no entanto todas as análises indicaram uma derivatização abaixo de 10 %

Spectroscopic and thermal properties of short wavelength metal (II) complexes containing alpha-isoxazolylazo-beta-diketones as co-ligands

Two new azo dyes of alpha-isoxazolylazo-beta-dilcetones and their Ni(II) and Cu(II) complexes with blue-violet light wavelength were synthesized using a coupling component, different diazo components and metal (II) ions (Ni2+ and Cu2+). Based on the elemental analysis, MS spectra and FT-IR spectral analyses, azo dyes were unequivocally shown to exist as hydrazoketo and azoenol forms which were respectively obtained from the solution forms and from the solid forms. The action of sodium methoxide (NaOMe) on azo dyes in solutions converts hydrazoketo form into azoenol form, so azo dyes are coordinated with metal (II) ions as co-ligands in the azoenol forms. The solubility of all the compounds in common organic solvents such as 2,2,3,3-tetrafluoro-1-propanol (TFP) or chloroform (CHCl3) and absorption properties of spin-coating thin films were measured. The difference of absorption maxima from the complexes to their ligands was discussed. In addition, the TG analysis of the complexes was also determined, and their thermal stability was evaluated. It is found that these new metal (II) complexes had potential application for high-density digital versatile disc-recordable (HD-DVD-R) system due to their good solubility in organic solvents, reasonable and controllable absorption spectra in blue-violet light region and high thermal stability. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

A new strategy of enhancing two-photon absorption in benzothiazole-containing fluorene molecules: Introduction of auxiliary donor-acceptor effects

A series of benzothiazole-containing fluorene molecules have been designed and their one- and two-photon absorption properties have been investigated theoretically by using the ZINDO method. The effects of electron-excessive/deficient heterocyclic bridges as auxiliary donors (auxD)/acceptors (auxA) on TPA cross-sections were studied. The results show that the molecules with D-pi-auxA-A, D-aux D-pi-A, or D-auxD-pi-auxA-A structure types have large TPA cross-section, which can be a valuable strategy in the design of two-photon absorption materials. Also, a linear relationship between the first hyperpolarizability and the TPA cross-section is observed. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Spectroscopic, and thermal studies of some new binuclear transition metal(II) complexes with hydrazone ligands containing acetoacetanilide and isoxazole

A new chelating ligand, 2-(2-(5-tert-butylisoxazol-3-yl)hydrazono)-N-(2,4-dimethylphenyl)-3-oxobutanamide (HL), and its four binuclear transition metal complexes, M-2(L)(2) (mu-OCH3)(2) [M = Ni(II), Co(II), Cu(II), Zn(II)], were synthesized using the procedure of diazotization, coupling and metallization. Their structures were postulated based on elemental analysis, H-1 NMR, MALDI-MS, FT-IR spectra and UV-vis electronic absorption spectra. Smooth films of these complexes on K9 glass substrates were prepared using the spin-coating method and their absorption properties were evaluated. The thermal properties of the metal(II) complexes were investigated by thermogravimetry (TG) and differential scanning calorimetry (DSC. Different thermodynamic and kinetic parameters namely activation energy (E

Nickel(II) and copper(II) complexes containing 2-(2-(5-substitued isoxazol-3-yl)hydrazono)-5,5-dimethylcyclohexane-1,3-dione ligands: Synthesis, spectral and thermal characterizations

Two new hydrazone chelating ligands, 2-(2-(5-methylisoxazol-3-yl)hydrazono)-5,5-dimethylcyclohexane-1,3-dione (HL1) and 2-(2-(5-tert-butylisoxazol-3-yl)hydrazono)-5,5-dimethylcyclohexane- 1,3-dione (HL2), and their nickel(II) and copper(II) complexes were synthesized using the procedure of diazotization, coupling and metallization. Their structures were postulated based on elemental analysis, H-1 NMR, ESI-MS, FT-IR spectra and UV-vis electronic absorption spectra. Smooth films of these complexes on K9 glass substrates were prepared using spin-coating and their absorption properties were evaluated. The thermal properties of the metal(II) complexes were investigated by thermogravimetry (TG) and differential thermogravimetry (DTG). Different thermodynamic and kinetic parameters namely activation energy (E

Intense greeen upconversion luminescence in Er3+: Yb3+ codoped fluorophosphate glass ceramic containing SrTe5O11 nanocrystals

Er3+:Yb3+ codoped tellurite-fluorophosphate (TFP) glass ceramic exhibits much stronger upconversion luminescence. The intensity of the 540 nm green light and 651 nm red light of the TFP glass ceramic is 120 times and 44 times stronger than that of the fluorophospahte (FP) glass, respectively. XRD analysis shows that the nanocrystal in TFP glass ceramic is SrTe5O11. TFP glass ceramic also displays much higher upconversion fluorescence lifetime and crystallization stability. The narrow and strong peak at 540 nm is very ideal for practical upconversion luminescence realization. This work is a new trial for exploring non-PbF2 involved nanocrystal upconversion glass ceramics.

Intense infrared luminescence in transparent glass-ceramics containing beta-Ga2O3 : Ni2+ nanocrystals

Transparent glass-ceramics containing beta-Ga2O3:Ni2+ nanocrystals were synthesized and characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and electron energy loss spectroscopy. Intense broad-band luminescence centering at 1200 nm was observed when the sample was excited by a diode laser at 980 nm. The room-temperature fluorescent lifetime was 665 mu s, which is longer than the Ni2+-doped ZnAl2O4 and LiGa5O8 glass-ceramics and is also comparable to the Ni2+-doped LiGa5O8 single crystal. The intense infrared luminescence with long fluorescent lifetime may be ascribed to the high crystal field hold by Ni2+ and the moderate lattice phonon energy of beta-Ga2O3. The excellent optical properties of this novel material indicate that it might be a promising candidate for broad-band amplifiers and room-temperature tunable lasers.