Estrutura eletrônica de derivados de Poli(3-Hexiltiofeno) para aplicações em camadas ativas de células solares orgânicas

Abstract

Hoje existe uma necessidade de novos polímeros com propriedades ajustadas para utilização em camadas ativas de céluas solares, uma vez que os materiais mais utilizados ainda não são eficientes, nem suficientemente estáveis, de modo que possam substituir os dispositivos de silício. O poli(3-hexiltiofeno) (P3HT), é um polímero amplamente utilizado em dispositivos fotovoltaicos, e muito importante em células solares. Tem sido relatado modificações na posição 4 das suas unidades monoméricas que levaram a novos polímeros com propriedades diferentes daquele sem modificações. O trabalho que será apresentado visou estudar as propriedades estruturais e ópticas do P3HT e possíveis alterações ocorridas devido às modificações realizadas na posição 4 de suas unidades monoméricas. Tal estudo utilizou ferramentas de cálculo de estrutura eletrônica de materiais, com os métodos PM6 e DFT. Concluímos que o P3HT em solução e no estado sólido não é plantar. Com o nosso modelo para o P3HT, através da conjunção dos métodos ZINDO-S/CIS, obtivemos um pico de absorção óptica teórico em clorofórmio de aproximadamente 385 nm, sendo este em boa concordância com o valor experimental. Em relação às substituições químicas, estudamos teoricamente 15 derivados de P3HT e os cálculos indicaram que é possível obter compostos com uma diminuiçao significativa do gap com estabilidade e solubilidade similares à do P3HT, principalmente com a ligação do átomos de oxigênio ou grupos orgânicos conjugados ao anel tiofênico

Today there is a need new polymers with properties adjusted for use in active layers of solar cells since the most employed materials still are not efficient nor stable enough so that they can replace the silicon devides. The poly(3-hexylthioplene) (P3HT), is a polymer widely used in photovoltaic devices, and very important in solar cells. It has been reported modifications at position 4 of its monomeric units that led to new polymers with different properties than the pristine one. The work that will be presented aimed to study the structural and optical properties of P3HT and possible changes due to chemical substitutions made in position 4 of the monomer units. This study used tools calculating the electronic structure materials, with PM6 and DFT methods. We conclude that the P3HT, in solution and in the solid state, is not planar. With our model for the P3HT, through the combinations of the ZINDO-S/CIS methods, we obtained a theoretical optical absorption peak in chloroform of about 385 nm, in good agreement with the experimental value. In relation to the chemical substitutions, we studied 15 derivatives of P3HT and the calculations indicated that it is possible to obtain compunds with a significant decrease in the gap with stability and solubility similar to that of P3HT, especially with the binding of oxygen atoms or conjugated organic groups to the thiophenic ring