Plataforma Sucupira

Instituição de Ensino Superior:

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC

Programa:

FÍSICA (33144010001P7)

Título:

SURFACE MODIFICATION OF INDIUM TIN OXIDE FOR WORK FUNCTION TAILORING USING ORGANIC SELF-ASSEMBLY MONOLAYER

Autor:

LEONARDO RODRIGUES MOREIRA

Tipo de Trabalho de Conclusão:

DISSERTAÇÃO

Data Defesa:

27/09/2024

Resumo:

Células solares organicas (OPVs) de alta eficiência têm sido desenvolvidas nos últimos anos, tendo como camada ativa uma nova geração de sistemas moleculares doadoresaceitadores, como bulk heterojunction (BHJ). O óxido de índio estanho (ITO) é usado como ânodo devido à sua alta função trabalho, enquanto um metal com baixa função trabalho é usado como cátodo, Al/Ca. Porém, estes metais com baixa função trabalho são facilmente degradáveis, levando a uma durabilidade reduzida em condições ambiente. Com células invertidas, este problema pode ser contornado. Nesta configuração, a função trabalho do ITO é reduzida para que possa atuar como cátodo, enquanto um metal com alta função trabalho como Au e Ag podem ser usados como ânodo. Para esse fim, o ITO pode ter sua superfície funcionalizada com espécies inorgânicas ou orgânicas altamente polarizáveis. Com base em publicações anteriores, foi feita evaporação do carbonato de césio (Cs2CO3) no ITO, o que reduziria a função trabalho por formação de dipolos de superficie que atenuariam a interação de Coloumb. Porém, o Cs2CO3 apresenta baixa adesão na superfície, exceto quando submetidos a tratamentos térmicos em temperaturas elevadas (≥ 300◦C), o que gerou danos em sua morfologia, como observado por Microscópia eletrônico de varredura (MEV) e por Espectroscopia dispersiva de energia (EDS), levando a perca de suas características condutoras. Outra possibilidade é funcionalizar a superfície do ITO com moléculas orgânicas como monocamadas automontadas (SAM). Esse procedimento foi feito escolhendo uma série de moléculas com diferentes propriedades, funcionalizadas com grupos com alta afinidade química à superfície do ITO após ativação com plasma O2. Isso resultou em ITOs com diversos valores de função trabalho, preservando a integridade estrutural e características condutivas. Foi investigada a polaridade da superficie por ângulo de contato, a composição elementar do ITO após tratamento com plasma O2 e formação de SAM com Espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) e a adesão da molécula à estrutura por meio de Espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR) em estado sólido.

Palavras-Chave:

função trabalho;eletrodos transparentes;monocamada automontada;espectroscopia fotoelétrica;dispositivos fotovoltaicos

Abstract:

Organic solar cells (OSCs) with high efficiency have been developed during the past years with a new generation of donor-acceptor molecular systems as active layers, as the bulk heterojunction (BHJ). Commonly, indium tin oxide (ITO) is used as anode because of its high work function, while a metal with low work function is used as cathode, typically, Al/Ca. However, these low work function metals are prone to oxidation, leading to reduced durability in ambient conditions. By preparing inverted cells, this problem can be circumvented. In this configuration, ITO work’s function is decreased so it can function as cathode, while a high work function metal as Au and Ag can play the role of anode. In order to achieve this goal, ITO can be functionalized on the surface with highly polarizable inorganic or organic species. Based on previous reports, we followed the route of evaporating cesium carbonate (Cs2CO3) on ITO, which would reduce ITO’s work function by the formation of surface dipoles that attenuate the charge’s Coulomb interaction on the surface. However, the Cs2CO3 presents low adhesion on the surface, except when the glasses were submitted to thermal treatments at higher temperatures (≥ 300◦C), which otherwise led to damages in their morphology, as noted by scanning electron microscope (SEM) and Energy dispersive spectroscopy (EDS), leading to compromised conductivities. Another possibility is to functionalize the surface of the ITO with organic molecules as self-assembled monolayers (SAM). We have carried such procedure by choosing a series of molecules with different characteristics functionalized with groups that have high chemical affinity with ITO’s surface after O2 plasma activation. This resulted in ITOs with a wide range of work function values while preserving their structural integrity and conducting characteristics. We investigated surface polarity by contact angle measurement, elemental composition of the ITO after O2 plasma treatment and SAM formation with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and the molecule adhesion to the structure by solid-state Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy.

Keyword:

work function;transparent electrodes;self-assembled monolayer;photoelectron spectroscopy;photovoltaic devices

Volume:

1

Páginas:

100

Idioma:

PORTUGUES

Biblioteca Depositária:

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC

Autorização de divulgação:

O trabalho possui divulgação autorizada

Área de Concentração:

FÍSICA

Linha de Pesquisa:

-

Projeto de Pesquisa:

Design, síntese e caracterização de sistemas moleculares para colheita de luz e separação de cargas

Orientador:

THIAGO BRANQUINHO DE QUEIROZ

Categoria:

DOCENTE - PERMANENTE

O orientador principal compôs a banca do discente?

Sim


Nome	Categoria
THIAGO BRANQUINHO DE QUEIROZ	Docente - PERMANENTE
JEAN JACQUES BONVENT	Participante Externo
MAURICIO DOMINGUES COUTINHO NETO	Participante Externo


Financiador - Programa Fomento	Número de Meses
FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - Bolsa de Mestrado	24

Tipo de Vínculo Empregatício:

-

Tipo de Instituição:

-

Expectativa de Atuação:

-

Mesma Área de Atuação:

Não

Plataforma Sucupira

Dados do Trabalhos de Conclusão

Contexto

Banca Examinadora

Financiadores

Vínculo