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Células fotovoltaicas híbridas: arquiteturas baseadas em efeitos fotônicos e plasmônicos

Processo: 11/11065-0
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de outubro de 2011
Vigência (Término): 30 de setembro de 2014
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
Pesquisador responsável:Roberto Mendonça Faria
Beneficiário:Edna Regina Spada
Instituição-sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:07/08688-0 - Dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos poliméricos, AP.TEM
Assunto(s):Células solares   Fotônica   Materiais nanoestruturados

Resumo

Esse projeto tem por objetivo a fabricação de células fotovoltaicas de terceira geração, isto é, tendo como camada ativa filmes finos de polímeros eletrônicos combinados com materiais inorgânicos eletronegativos. Para isso, usaremos estruturas envolvendo um eletrodo transparente (ITO, por exemplo), uma camada transportadora de buracos (PEDOT-PSS), e como camada ativa, polímeros eletrônicos (da família dos politiofenos ou dos polifenileno-vinilenos) combinados com nanopartículas de TiO2, e finalmente um contato elétrico de alunínio e cálcio. Essas estruturas de dispositivos têm sido denominadas de híbridas. Efeitos plasmônicos e fotônicos de superfície serão produzidos para aumentar a eficiência dos dispositivos. Nessas células, a separação de carga fotoinduzida é facilitada pela grande área interfacial entre doador e receptor, e filmes híbridos vêm mostrando ótimas eficiências de fotoconversão. A diminuição da recombinação de carga devido às nanopartículas é o fator mais importante para aumentar a eficiência dessas células. A absorção de luz por um semicondutor gera um elétron em um estado excitado e um buraco na banda de valência, formando um éxciton, que tem energia de ligação de vários eV e podem migrar por cerca de 10 nm antes de se recombinar. Contudo se os elétrons excitados são transferidos para uma espécie receptora, a absorção da luz pode resultar em geração de fotocorrente. O subsequente processo de condução se dá por diferentes processos: condução de buracos através da cadeia polimérica, via hopping, e dos elétrons através de nanopartículas, também por hopping. Essa separação espacial de cargas é crucial para a eficiência de fotoconversão. As nanopartículas - no caso, TiO2 - apresentam alta afinidade eletrônica, atuando como receptores de elétrons quando combinadas a polímeros condutores, evitando a recombinação de cargas. É importante destacar que a transferência de carga se dá entre um éxciton previamente fotogerado e a nanopartícula. A transferência de elétrons fotogerados do segmento polimérico para a nanopartícula diminui a taxa de recombinação em processos radiativos. A recombinação molecular também diminui devido à diferença de mobilidade entre os portadores. (AU)

Publicações científicas (6)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
MORAIS, LEONARDO H.; PEREIRA, EDER A.; MONTANHERA, MAYKON A.; BATISTA, CINTHIA S. C.; TEREZO, AILTON J.; DE SOUZA, GABRIEL L. C.; SPADA, EDNA R.; DE PAULA, FERNANDO R.; FREITAS, RENATO G. The structural and electronic properties of TiO2 polymorphs towards water splitting reaction. JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE-MATERIALS IN ELECTRONICS, v. 29, n. 21, p. 18282-18289, NOV 2018. Citações Web of Science: 0.
SPADA, EDNA R.; PEREIRA, EDER A.; MONTANHERA, MAYKON A.; MORAIS, LEONARDO H.; FREITAS, RENATO G.; COSTA, RODRIGO G. F.; SOARES, GABRIELA B.; RIBEIRO, CAUE; DE PAULA, FERNANDO R. Preparation, characterization and application of phase-pure anatase and rutile TiO2 nanoparticles by new green route. JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE-MATERIALS IN ELECTRONICS, v. 28, n. 22, p. 16932-16938, NOV 2017. Citações Web of Science: 5.
SPADA, EDNA R.; VALENTE, GUSTAVO T.; PEREIRA-DA-SILVA, MARCELO A.; SARTORELLI, MARIA L.; GUIMARAES, FRANCISCO E. G.; FARIA, ROBERTO M. Copper spherical cavity arrays: Fluorescence enhancement in PFO films. Applied Surface Science, v. 392, p. 1181-1186, JAN 15 2017. Citações Web of Science: 0.
VOLPATI, D.; SPADA, E. R.; PLA CID, C. C.; SARTORELLI, M. L.; AROCA, R. F.; CONSTANTINO, C. J. L. Exploring copper nanostructures as highly uniform and reproducible substrates for plasmon-enhanced fluorescence. ANALYST, v. 140, n. 2, p. 476-482, 2015. Citações Web of Science: 8.
SPADA, E. R.; DE PAULA, F. R.; PLA CID, C. C.; CANDIOTTO, G.; FARIA, R. M.; SARTORELLI, M. L. Role of acidic and basic electrolytes on the structure and morphology of cathodically reduced indium tin oxide (ITO) substrates. Electrochimica Acta, v. 108, p. 520-524, OCT 1 2013. Citações Web of Science: 9.
PLA CID, C. C.; SPADA, E. R.; SARTORELLI, M. L. Effect of the cathodic polarization on structural and morphological proprieties of FTO and ITO thin films. Applied Surface Science, v. 273, p. 603-606, MAY 15 2013. Citações Web of Science: 8.

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