Estudo das propriedades óticas e de transferência de carga em células fotovoltaicas orgânicas: simulações ab-initio

Resumo

Nas interfaces formadas por dois materiais em contato (receptor e doador), interessantes fenômenos com um grande número de aplicações para o desenho de dispositivos optoeletrônicos acontecem. Sob este princípio, operam as células fotovoltaicas orgânicas (CFOs), as quais têm atraído muita atenção devido ao baixo custo de fabricação e à maneira limpa de converter luz solar em eletricidade. A eficiência e viabilidade das CFOs dependem fortemente da manipulação e controle das interfaces na escala molecular. Apesar de conhecer a física envolvida nestes dispositivos, o papel que tem o processo de separação de carga e as propriedades óticas nas interfaces precisam ainda ser estudadas cuidadosamente. Desta maneira, este projeto usará simulações ab-initio baseadas na teoria da aproximação de muitos corpos (aproximação GW), para modelar um dos processos mais importantes que acontecem nas interfaces das CFOs, o processo de separação de cargas. Este processo é crucial para o melhor desempenho do dispositivo e depende da estrutura atômica e eletrônica das interfaces, tais como, o alinhamento dos níveis de energia dos estados de carga transferidos. Nesse sentido, este projeto se focará em sugerir e estudar heterojunções melhoradas baseadas em: nanofitas de grafeno, semicondutores orgânicos e dyes. Em particular, estudaremos nanofitas como receptores devido à sua transparência e únicas propriedades optoeletrônicas, as quais permitem sintonizar o gap de energia através da variação da largura e do tipo de borda. Desta maneira, modificaremos as fitas através da funcionalização das bordas, dopagem e sintonização do gap de energia para explorar seu papel sobre os estados de carga transferidos e propriedades óticas. Assim, seremos capazes de propor heterojunções com propriedades melhoradas para o desenho de CFOs mais eficientes.