Estudo do efeito do tratamento térmico e aditivo na camada ativa de células solares orgânicas na estrutura de heterojunção em volume

Abstract

Resumo: Neste estudo, células solares orgânicas baseadas na estrutura de heterojunção em volume, onde a camada ativa é composta por uma mistura utilizando PSiF-DBT como material doador de elétrons e PC71BM como aceitador de elétrons foram investigadas através de medidas ópticas, morfológicas e elétricas. Foram fabricados dispositivos sem tratamento térmico, e com a camada ativa tratada termicamente a 100 °C e 200 °C. Como uma forma alternativa do controle morfológico, foi utilizado o aditivo DIO em solução, onde foram fabricados dispositivos sem tratamento térmico e tratado a 100 °C. Foi observado que a eficiência de conversão de potência diminui com o efeito da temperatura para dispositivos sem a adição do DIO. Essa diminuição pode ser atribuída à redução do valor da tensão de circuito aberto (Voc) com o aumento da temperatura, podendo estar relacionada com as mudanças morfológicas dos filmes. Após o tratamento com DIO, a eficiência aumenta com o tratamento térmico. No entanto, as mudanças morfológicas através de tratamentos térmico e aditivo não foram suficientes para melhorar a performance da blenda PSiF-DBT:PC71BM, atribuindo o melhor desempenho para dispositivos sem tratamento térmico e sem DIO. Este resultado se mostrou promissor possibilitando a eliminação da utilização de diferentes tratamentos na camada ativa de células solares orgânicas, podendo eliminar processos adicionais envolvidos na fabricação dos dispositivos.

Abstract: In this study, organic solar cells based on bulk heterojunction structure, where the active layer is composed of a mixture using PSiF-DBT as electron donor material and PC71BM as electron acceptor was investigated through optical, morphological and electrical measurements. Devices were fabricated without thermal treatment, and the active layer was thermally treated at 100 ° C and 200 ° C. As an alternative form of morphological control, the DIO additive was used into solution, where devices were fabricated without thermal treatment and annealed at 100 ° C. It was observed that the power conversion efficiency decreases with the effect of temperature for devices without addition of DIO. This decrease can be attributed to the reduced value of the open circuit voltage (Voc) with the increase in temperature, and may be related to the morphological changes of the films. After treatment with DIO, the efficiency increases with temperature. However, the morphological changes through thermal and additive treatments are not enough to improve the performance of the PSiF-DBT: PC71BM blends, assigning the best performance for without annealing treatment and without additive solvent. This result was promising allowing the elimination of the use of different treatments in the active layer of organic solar cells, and could eliminate additional processes involved in the fabrication of the devices.