BR102012030734A2 - PROCESS FOR PRODUCING MULTI-LAYER FINE MOVIES, MULTI-LAYLE FINE MOVIES, ORGANIC PHOTOELETROCHEMIC SOLAR CELLS AND USE OF ORGANIC PHOTOELECTRIC SOLAR CELLS - Google Patents
PROCESS FOR PRODUCING MULTI-LAYER FINE MOVIES, MULTI-LAYLE FINE MOVIES, ORGANIC PHOTOELETROCHEMIC SOLAR CELLS AND USE OF ORGANIC PHOTOELECTRIC SOLAR CELLS Download PDFInfo
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Abstract
PROCESSO PARA PRODUZIR FILMES FINOS DE MULTICAMADAS, FILMES FINOS DE MULTICAMADAS, CÉLULAS SOLARES FOTOELETROQUÍMICAS ORGÂNICAS E USO DAS CÉLULAS SOLARES FOTOELETROQUÍMICAS ORGÂNICAS A presente invenção se refere a um processo para a produção de filmes finos de multicamadas que podem ser depositados como camadas ativas em células solares. É ainda um objetivo da presente invenção proporcionar filmes finos de multicamadas que são produzidos pelo referido processo. Além disso, a presente invenção se refere às células solares fotoeletroquímicas orgânicas produzidas pela deposição dos filmes finos de multicamadas produzidos pelo referido processo e ao uso das células solares fotoeletroquímicas orgânicas.PROCESS TO PRODUCE MULTILAYER THIN FILMS, MULTILAYER THIN FILMS, ORGANIC PHOTOELECTROCHEMICAL SOLAR CELLS AND USE OF ORGANIC PHOTOELECTROCHEMICAL SOLAR CELLS The present invention refers to a process for the production of thin layers that can be layered as layers of multilayered cells . It is still an object of the present invention to provide thin multilayer films that are produced by said process. In addition, the present invention relates to organic photoelectrochemical solar cells produced by the deposition of thin multilayer films produced by said process and to the use of organic photoelectrochemical solar cells.
Description
“PROCESSO PARA PRODUZIR FILMES FINOS DE MULTICAMADAS, FILMES FINOS DE MULTICAMADAS, CÉLULAS SOLARES FOTOELETROQUÍMICAS ORGÂNICAS E USO DAS CÉLULAS SOLARES FOTOELETROQUÍMICAS ORGÂNICAS”.“PROCESS FOR PRODUCING MULTI-LAYER FILMS, MULTI-LAYER FILMS, ORGANIC PHOTOELECTRIC SOLAR CELLS AND USE OF ORGANIC PHOTOELECTRICAL SOLAR CELLS”.
CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF INVENTION
A presente invenção se refere a um processo para a produção de filmes finos de multicamadas pela técnica de deposição camada por camada produzidos principalmente a partir de polifenilenovinileno (PPV) e nanotubos de carbono de parede única (SWNT), que podem ser depositados como camadas 10 ativas em células solares para geração de energia. A presente invenção se refere ainda aos filmes finos de multicamadas produzidos, às células solares fotoeletroquímicas orgânicas obtidas a partir da deposição dos referidos filmes finos e ao uso das células solares na geração de energia elétrica.The present invention relates to a process for the production of multilayer thin films by layer-by-layer deposition technique produced mainly from polyphenylene vinylene (PPV) and single wall carbon nanotubes (SWNT), which can be deposited as layers. active in solar cells for power generation. The present invention further relates to the multilayer thin films produced, the organic photoelectrochemical solar cells obtained from the deposition of said thin films and the use of solar cells in the generation of electric energy.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO A pesquisa e desenvolvimento no campo de células solares ouBACKGROUND OF THE INVENTION Research and development in the field of solar cells or
fotovoltaicas têm aumentado consideravelmente devido à possibilidade desses dispositivos fornecerem energia limpa, confiável e ilimitada, e o aumento do interesse nesse campo apenas evidencia que a energia é um dos maiores desafios que a humanidade enfrenta hoje e enfrentará no futuro.Photovoltaics have increased considerably due to the possibility of these devices providing clean, reliable and unlimited power, and the growing interest in this field only shows that energy is one of the biggest challenges facing humanity today and will face in the future.
2 0 Devido à poluição e ao aquecimento global serem fenômenos2 0 Because pollution and global warming are phenomena
relacionados à queima de combustíveis fósseis, torna-se essencial intensificar a utilização de fontes de energia renovável para que em longo prazo não haja escassez de energia nem comprometimento do meio ambiente. Portanto, fontes de energias renováveis precisam ser mais exploradas em uma escala global para suprir a demanda de energia do futuro, o que torna a tecnologia fotovoltaica de crescente interesse.related to the burning of fossil fuels, it is essential to intensify the use of renewable energy sources so that in the long run there is no shortage of energy and no compromise of the environment. Therefore, renewable energy sources need to be further exploited on a global scale to meet future energy demand, which makes photovoltaic technology of growing interest.
Dispositivos fotovoltaicos têm a capacidade de gerar energia elétrica a 5 partir de semicondutores quando os mesmos são iluminados por Iuz solar e podem gerar energia em qualquer lugar onde exista luz. Isso apenas reforça a posição da tecnologia fotovoltaica como uma das fontes de energia renováveis mais promissoras.Photovoltaic devices have the ability to generate electrical energy from semiconductors when they are illuminated by solar light and can generate energy anywhere there is light. This only reinforces the position of photovoltaic technology as one of the most promising renewable energy sources.
Existem vários tipos de células solares utilizadas atualmente, as mais 10 desenvolvidas e produzidas são as células solares baseadas em silício (Si) cristalino e multicristalino que correspondem a cerca de 80-90% do mercado das células solares. As células solares convencionais de silício requerem quantidades relativamente grandes de Si para absorverem eficientemente a Iuz solar incidente, uma vez que o Si apresenta baixa absorção na região do visível 15 e infravermelho próximo. Assim, a necessidade por grandes quantidades de Si de alta pureza reflete-se no elevado custo das células solares produzidas a partir do mesmo.There are several types of solar cells used today, the most developed and produced being crystalline and multicrystalline silicon (Si) based solar cells which account for about 80-90% of the solar cell market. Conventional silicon solar cells require relatively large amounts of Si to efficiently absorb incident sunlight, as Si exhibits low absorption in the visible 15 and near infrared region. Thus, the need for large quantities of high purity Si is reflected in the high cost of solar cells produced from it.
Outras células solares disponíveis comercialmente são aquelas baseadas em filmes finos inorgânicos, tais células tentam reduzir os custos 2 0 elevados de discos (wafers) em células solares de silício através do uso de filmes finos de semicondutores que são geralmente depositados sobre um substrato de suporte. As camadas ativas têm espessuras da ordem de poucos mícrons, mas podem absorver quantidades significantes de Iuz devido a forte absorção nos materiais.Other commercially available solar cells are those based on inorganic thin films, such cells attempt to reduce the high costs of wafers in silicon solar cells through the use of semiconductor thin films that are generally deposited on a support substrate. Active layers have a thickness of the order of a few microns, but can absorb significant amounts of light due to the strong absorption in the materials.
Os principais materiais usados na fabricação de células inorgânicas de filmes finos são o silício amorfo (a-Si), Cu(InGa)Se2 (CIGS)1 e o CdTe que 5 podem alcançar eficiências de 10,1%, 19,4%, e 16,7%, respectivamente. Porém ainda existem barreiras com relação à produção das células solares baseadas de filmes finos, a purificação do silício amorfo, a produção dos discos (wafers), o processamento das células, e encapsulamento são etapas que são do processo da produção dessas células que são desenvolvidas 10 separadamente e depois são agrupadas em uma mesma instalação de preparação de células solares de filmes finos, o que resulta em um custo elevado.The main materials used in the manufacture of thin film inorganic cells are amorphous silicon (a-Si), Cu (InGa) Se2 (CIGS) 1 and CdTe 5 which can achieve efficiencies of 10.1%, 19.4%, and 16.7%, respectively. But there are still barriers to the production of thin film-based solar cells, amorphous silicon purification, wafers production, cell processing, and encapsulation are all stages of the production process of these cells that are developed. 10 separately and then grouped together in the same thin film solar cell preparation plant, which results in a high cost.
Células solares fotoeletroquímicas orgânicas de múltiplas camadas são um tipo alternativo de células solares que tem como vantagens o baixo custo de materiais, fabricação relativamente simples, e diferentes tipos de substrato que podem ser usados, incluindo substratos flexíveis.Multi-layer organic photoelectrochemical solar cells are an alternative type of solar cell that has the advantages of low material cost, relatively simple fabrication, and different substrate types that can be used, including flexible substrates.
O trabalho publicado Ariga, K e colaboradores (Layer-by-layer assembly as a versatile bottom-up nanofabrication technique for exploratory research and realistic application, 2008) descreve o potencial 2 0 da técnica de deposição camada por camada (LbL) na preparação de filmes finos multicamadas. São relatados aspectos físico-químicos e a aplicação de nanotubos de carbono na preparação de filmes LbL, entretanto, nada indica a aplicação desses filmes na conversão de energia, como descrito na presente invenção.The published work Ariga, K et al. (Layer-by-layer assembly as a versatile bottom-up nanofabrication technique for exploratory research and realistic application, 2008) describes the potential 20 of layer-by-layer deposition (LbL) technique in the preparation of Multilayer thin films. Physicochemical aspects are reported and the application of carbon nanotubes in the preparation of LbL films, however, nothing indicates the application of these films in energy conversion as described in the present invention.
O trabalho de Yu1 RXe colaboradores (Fabrication of carbon nanotube based transparent conductive thin films using layer-by-layer technology, 2007) descreve a preparação de filmes finos condutores transparentes baseados em nanotubos de carbono de parede única (SWNT) funcionalizados com grupos carboxílicos (-COOH) a partir da técnica LbL. Nele, é representada uma importante inovação no âmbito do desenvolvimento de novos eletrodos, uma vez que a maior parte dos que se encontram no mercado apresenta custo elevado. A facilidade de preparação dos filmes (sem equipamentos sofisticados) é destacada como uma das principais vantagens da abordagem desenvolvida. Porém, esses filmes foram preparados com polímeros isolantes PDDA e PSS1 sendo assim inviável sua aplicação na camada ativa de células solares fotoeletroquímicas, como descrito na presente invenção.The work of collaborative Yu1 RXe (Fabrication of carbon based transparent conductive thin films using layer-by-layer technology, 2007) describes the preparation of transparent conductive thin films based on carboxylic groups functionalized single-wall carbon nanotubes (SWNT) ( -COOH) from the LbL technique. It represents an important innovation in the development of new electrodes, since most of those on the market are expensive. The ease of preparation of films (without sophisticated equipment) is highlighted as one of the main advantages of the developed approach. However, these films were prepared with PDDA and PSS1 insulating polymers and thus their application to the active layer of photoelectrochemical solar cells, as described in the present invention, is not feasible.
O documento US20090314350 descreve a preparação de células solares orgânicas pelo método de deposição chamado “nanoimpressão”, que possibilita a deposição de filmes com padrões nanométricos com dimensão semelhante a distância de difusão do éxciton, que melhoram 2 0 consideravelmente a eficiência dos dispositivos, mas não se assemelha à deposição LbL, descrita na presente invenção. Por sua vez, o documento CN101626063 descreve a preparação de células solares orgânicas baseadas em sistemas supramoleculares compostos por tiofeno, fenilacetileno, bifenil, amina aromática, ftalocianinas como unidades doadoras de elétrons e, fulereno, perileno, nanotubos de carbono e seus 5 derivados como unidades receptoras de elétrons. O diferencial dessa tecnologia relaciona-se ao novo sistema supramolecular e não ao método de deposição dos filmes da camada ativa, como descrito na presente invenção.US20090314350 describes the preparation of organic solar cells by the so-called "nanoimpression" deposition method, which enables the deposition of films with nanometric patterns similar to the diffusion distance of the exciton, which considerably improve the efficiency of the devices, but not resembles the deposition LbL described in the present invention. CN101626063 describes the preparation of organic solar cells based on supramolecular systems composed of thiophene, phenylacetylene, biphenyl, aromatic amine, phthalocyanines as electron donor units and fullerene, perylene, carbon nanotubes and their 5 derivatives as units. electron receptors. The differential of this technology is related to the new supramolecular system and not to the deposition method of the active layer films, as described in the present invention.
O trabalho de Guldi D. M. e colaboradores (Layer-by-Layer Construction of Nanostructured Porphyrin-Fullerene Electrodes, 2002) descreve a 10 preparação de eletrodos baseados em filmes contendo uma supramolécula de porfirina-fulereno depositada pelo método LbL. Nessa supramolécula, a unidade doadora de elétrons é a porfirina e a receptora é o fulereno. A resposta fotoeletroquímica desses eletrodos foi considerável, entretanto, menos intensa que a obtida na presente invenção. Os autores não relatam o emprego de 15 nanotubos de carbono nem de polímeros condutores para preparação desses eletrodos, fazendo com a presente invenção seja mais eficiente que o descrito nesse trabalho.The work of Guldi D. M. and colleagues (Layer-by-Layer Construction of Nanostructured Porphyrin-Fullerene Electrodes, 2002) describes the preparation of film-based electrodes containing a porphyrin-fullerene supramolecule deposited by the LbL method. In this supramolecule, the electron donor unit is porphyrin and the receptor is fullerene. The photoelectrochemical response of these electrodes was considerable, however, less intense than that obtained in the present invention. The authors do not report the use of 15 carbon nanotubes or conductive polymers to prepare these electrodes, making the present invention more efficient than described in this work.
BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃOBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
É um objetivo da presente invenção proporcionar um processo para a produção de filmes finos de multicamadas pela técnica de deposição camada por camada que são depositados como camadas ativas em células solares compreendendo as seguintes etapas: a) hidrofilização do substrato (vidro óptico) compreendendo as seguintes etapas:It is an object of the present invention to provide a process for producing multilayer thin films by layer-by-layer deposition technique that are deposited as active layers in solar cells comprising the following steps: a) substrate hydrophilization (optical glass) comprising the following phases:
a.1) imersão dos substratos em solução H2SCVHNO3 na proporção de 7:3 (em volume);a.1) Immersion of substrates in H2SCVHNO3 solution at a ratio of 7: 3 (by volume);
a.2) aquecimento a 80SC por 1 hora;a.2) heating at 80 ° C for 1 hour;
a.3) lavagem dos substratos com água deionizada; a.4) imersão dos substratos em solução de NH4OH1 H2O2 e H2O (na proporção 1:1:5 (em volume); ea.3) washing substrates with deionized water; a.4) immersion of the substrates in NH4OH1 H2O2 and H2O solution (1: 1: 5 ratio (by volume); and
a.5) aquecimento a 70eC durante 1 hora.a.5) heating at 70 ° C for 1 hour.
b) preparação dos blocos de polímero pela imersão dos substratosb) preparation of polymer blocks by immersion of substrates
hidrofilizados em solução aquosa 0,5 mg/mL de cloreto de poli(xililidenotetrahidrotiofeno)(PTHT) durante 1 minuto seguido por lavagem dos substratos em água deionizada e secagem com N2 gasoso.hydrophilized in 0.5 mg / ml aqueous solution of poly (xylylidenotetrahydrothiophene) (PTHT) for 1 minute followed by washing the substrates in deionized water and drying with gaseous N2.
c) deposição por imersão do substrato sobre a camada do precursor PTHT de uma camada do eletrólito aniônico dodecilbenzeno sulfonato de sódioc) deposition by immersion of the substrate on the PTHT precursor layer of an anionic sodium dodecylbenzene sulfonate layer
durante 1 minuto em sua respectiva solução aquosa com concentração igual a1 minute in their respective aqueous solution with a concentration equal to
3,48 mg/mL, seguida por lavagem com água deionizada e secagem com N2, finalizando a deposição de uma bicamada.3.48 mg / mL, followed by washing with deionized water and drying with N2, finalizing the bilayer deposition.
d) preparação de filmes com 100 bicamadas de poli(p-fenilenovinileno (PPV)/ dodecilbenzeno sulfonato de sódio (DBS) e deposição de 3, 5 e 8d) preparation of 100-layer poly (p-phenylene vinylene (PPV) / sodium dodecylbenzene sulfonate (DBS) bilayer films and deposition of 3, 5 and 8
bicamadas de nanotubos de carbono de parede única modificados com grupos aniônicos COOH e polietilamína (PEI), pela imersão dos substratos em dispersão aquosa de SWNT-COOH 0,6 mg/mL, seguida por lavagem com água deionizada e secagem com N2.bilayer carbon nanotube bilayers modified with anionic COOH and polyethylamine (PEI) groups by immersing the substrates in SWNT-COOH aqueous dispersion 0.6 mg / mL, followed by washing with deionized water and drying with N2.
e) imersão dos substratos em solução aquosa do policátion PEI, 1 mg/mL durante 1 min, seguida por lavagem em água deionizada e secageme) soaking the substrates in PEI polycation aqueous solution, 1 mg / mL for 1 min, followed by washing in deionized water and drying
com N2 gasoso.with gaseous N2.
f) conversão de PTHT em PPV pelo aquecimento dos referidos filmes a 110QC durante 1 hora em atmosfera inerte de N2.f) conversion of PTHT to PPV by heating said films at 110 ° C for 1 hour in an inert N 2 atmosphere.
É ainda um objetivo da presente invenção proporcionar os filmes finos de multicamadas que são produzidos pelo referido processo.It is a further object of the present invention to provide the multilayer thin films which are produced by said process.
Ainda, um objetivo da invenção é proporcionar células solaresStill, an object of the invention is to provide solar cells
fotoeletroquímicas orgânicas baseadas nos referidos filmes finos de multicamadas flexíveis.organic photoelectrochemicals based on said flexible multilayer thin films.
É também um objetivo da invenção proporcionar o uso das células solares fotoeletroquímicas orgânicas baseadas em filmes fino na geração de energia elétrica.It is also an object of the invention to provide the use of thin film based organic photoelectrochemical solar cells in the generation of electrical energy.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
A estrutura e operação da presente invenção, juntamente com vantagens adicionais da mesma poderão ser melhor entendidas mediante referência aos desenhos em anexo e às seguintes descrições:The structure and operation of the present invention, together with further advantages thereof may be better understood by reference to the accompanying drawings and the following descriptions:
2 0 A figura 1 apresenta espectros de absorção óptica na região do UV-Vis20 Figure 1 shows optical absorption spectra in the UV-Vis region.
para os filmes (PPWDBS)n. O anexo mostra a variação da absorção máxima em 400 nm em função do número de bicamadas (PPWDBS)n. A figura 2 apresenta espectros de absorção óptica para o filme (PPV/DBS)i2 e para os filmes (PPV/DBS)12:(PEI/SWNT-COOH)n (n = 2, 4 e 6). O anexo mostra a variação da absorção máxima em 400 nm em função do número de bicamadas (PEI/SWNT-COOH).for movies (PPWDBS) no. The annex shows the maximum absorption variation at 400 nm as a function of the number of bilayers (PPWDBS) n. Figure 2 shows optical absorption spectra for (PPV / DBS) i2 and (PPV / DBS) 12: (PEI / SWNT-COOH) n (n = 2, 4 and 6) films. The annex shows the maximum absorption variation at 400 nm as a function of the number of bilayers (PEI / SWNT-COOH).
A figura 3 mostra espectros de intensidade de fotoluminescência para osFigure 3 shows photoluminescence intensity spectra for
filmes (PPV/DBS)n.movies (PPV / DBS) no.
A figura 4 mostra espectros de fotoluminescência (PL) para os filmes (PPV/DBS)ioo e (PPV/DBS)100:(PEI/SWNT-COOH)n, n = 3, 5 e 8.Figure 4 shows photoluminescence (PL) spectra for the (PPV / DBS) ioo and (PPV / DBS) 100 films: (PEI / SWNT-COOH) n, n = 3, 5 and 8.
A figura 5 mostra imagens de epifluorescência para os filmes (PPV/DBS)i00:(PEI/SWNT-COOH)m, m=3, 5 e 8.Figure 5 shows epifluorescence images for (PPV / DBS) films: (PEI / SWNT-COOH) m, m = 3, 5 and 8.
A figura 6a apresenta imagens AFM para o filme (PPV/DBS)iooFigure 6a shows AFM images for the movie (PPV / DBS) ioo
A figura 6b apresenta imagens AFM para o filme (PPV/DBS)ioo em sua projeção 3D.Figure 6b shows AFM images for the movie (PPV / DBS) ioo in its 3D projection.
A figura 7a mostra imagens AFM para o filme (PPV/DBS)i00:(PEI/SWNT)3.Figure 7a shows AFM images for film (PPV / DBS) i00: (PEI / SWNT) 3.
A figura 7b mostra imagens AFM para o filme (PPV/DBS)ioo:(PEI/SWNT)3 em sua projeção 3D .Figure 7b shows AFM images for the film (PPV / DBS) ioo: (PEI / SWNT) 3 in its 3D projection.
A figura 8a mostra imagens AFM para o filme (PPV/DBS)i00:(PEI/SWNT)5.Figure 8a shows AFM images for film (PPV / DBS) i00: (PEI / SWNT) 5.
A figura 8b mostra imagens AFM para o filmeFigure 8b shows AFM images for the movie.
(PPV/DBS)i00:(PEI/SWNT)5 em sua projeção 3D.(PPV / DBS) i00: (PEI / SWNT) 5 in its 3D projection.
A figura 9a mostra imagens AFM para o filme (PPV/DBS)i00:(PEI/SWNT)8. A figura 9b mostra imagens AFM para o filme (PPV/DBS)ioo:(PEI/SWNT)8 em sua projeção 3D.Figure 9a shows AFM images for film (PPV / DBS) i00: (PEI / SWNT) 8. Figure 9b shows AFM images for the film (PPV / DBS) ioo: (PEI / SWNT) 8 in its 3D projection.
A figura 10 mostra medidas fotocronoamperométricas para os filmes de multicamadas (PPV/DBS)100 e (PPV/DBS)100:(PEI/SWNT)8.Figure 10 shows photochronometric measurements for multilayer (PPV / DBS) 100 and (PPV / DBS) 100: (PEI / SWNT) 8 films.
A figura 11 mostra medidas fotocronoamperométricas para os filmes deFigure 11 shows photochronamperometric measurements for
multicamadas (PPV/DBS)100 e (PPV/DBS)10o:(PEI/SWNT)n) n = 3, 5 e 8.multilayer (PPV / DBS) 100 and (PPV / DBS) 10th: (PEI / SWNT) n) n = 3, 5 and 8.
A figura 12 mostra o diagrama de energia do PEDOT:PSS, PPV, nanotubos de carbono semicondutores (s-SWNT) e metálicos (m-SWNT).Figure 12 shows the PEDOT energy diagram: PSS, PPV, semiconductor (s-SWNT) and metallic (m-SWNT) carbon nanotubes.
A figura 13 mostra medidas fotocronoamperométricas para os filmes de multicamadas (PPV/DBS)ioo:(PEI/SWNT-COOH)n, n = 5 e 8, com e sem camada transportadora de buracos (PEDOT:PSS).Figure 13 shows photochronometric measurements for multilayer films (PPV / DBS) ioo: (PEI / SWNT-COOH) n, n = 5 and 8, with and without hole carrier layer (PEDOT: PSS).
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embora a presente invenção possa ser suscetível a diferentes modalidades, são mostradas nos desenhos e na seguinte discussão detalhada, modalidades preferidas com o entendimento de que a presente descrição deve ser considerada uma exemplificação dos princípios da invenção e não pretende limitar a presente invenção ao que foi ilustrado e descrito aqui.While the present invention may be susceptible to different embodiments, preferred embodiments are shown in the drawings and in the following detailed discussion with the understanding that the present disclosure is to be considered an exemplification of the principles of the invention and is not intended to limit the present invention to what has been described. illustrated and described here.
A principal abordagem dessa invenção está relacionada a um processo para produção de filmes finos de multicamadas produzidos pela técnica de 2 0 deposição camada por camada utilizando principalmente polifenilenovinileno (PPV) e nanotubos de carbono de parede única (SWNT).The main approach of this invention relates to a process for producing multilayer thin films produced by the layer-by-layer deposition technique using mainly polyphenylene vinylene (PPV) and single wall carbon nanotubes (SWNT).
É ainda um objetivo da presente invenção proporcionar filmes finos de multicamadas que são produzidos pelo referido processo. A presente invenção se refere ainda às células solares fotoeletroquímicas orgânicas produzidas pela deposição dos filmes finos de multicamadas produzidos pelo processo ora definido.It is a further object of the present invention to provide multilayer thin films which are produced by said process. The present invention further relates to organic photoelectrochemical solar cells produced by the deposition of the multilayer thin films produced by the process defined herein.
Além disso, a presente invenção se refere ao uso das células solares fotoeletroquímicas orgânicas na geração de energia elétrica.Furthermore, the present invention relates to the use of organic photoelectrochemical solar cells in the generation of electric energy.
Os principais materiais utilizados na preparação dos filmes finos foram nanotubos de carbono de parede única funcionalizados com grupos carboxílicos - SWNT-COOH, poli(3,4-etilenodioxotiofeno)The main materials used in the preparation of thin films were carboxyl groups functionalized single-wall carbon nanotubes - SWNT-COOH, poly (3,4-ethylenedioxythiophene)
poli(estirenossulfonato) - PEDOT:PSS (solução aquosa 1,3% em massa), polietilenimina - PEI, poli(xililidenotetraidrotiofeno) - PTHT (solução aquosapoly (styrenesulfonate) - PEDOT: PSS (1.3 wt.% aqueous solution), polyethylenimine - PEI, poly (xylylidenetetrahydrothiophene) - PTHT (aqueous solution)
0,25% em massa). As estruturas desses materiais estão ilustradas a seguir:0.25 mass%). The structures of these materials are illustrated below:
PEl PEBOT:FSSPEBOT PEl: FSS
Em uma modalidade preferencial, o processo para produzir filmes finos de multicamadas pela técnica de deposição camada por camada de polieletrólitos catiônicos e aniônicos compreende as seguintes etapas: a) hidrofilização do substrato (vidro óptico) compreendendo as seguintes etapas:In a preferred embodiment, the process for producing multilayer thin films by the cationic and anionic polyelectrolyte layer-by-layer deposition technique comprises the following steps: a) substrate hydrophilization (optical glass) comprising the following steps:
a.1) imersão dos substratos em solução H2SO4 na proporção de 7:3 (em volume);a.1) immersion of the substrates in H2SO4 solution in a 7: 3 ratio (by volume);
a.2) aquecimento a 80QC por 1 hora;a.2) heating at 80 ° C for 1 hour;
a.3) lavagem dos substratos com água deionizada; a.4) imersão dos substratos em solução de NH4OH, H2O2 e H2O (na proporção 1:1:5 (em volume); ea.3) washing substrates with deionized water; a.4) immersion of the substrates in NH4OH, H2O2 and H2O solution (1: 1: 5 ratio (by volume)), and
a.5) aquecimento a 70QC durante 1 hora.a.5) heating at 70 ° C for 1 hour.
b) preparação dos blocos de polímero pela imersão dos substratosb) preparation of polymer blocks by immersion of substrates
hidrofilizados em solução aquosa 0,5 mg/mL de cloreto de poli(xililidenotetrahidrotiofeno)(PTHT) durante 1 minuto seguido por lavagem dos substratos em água deionizada e secagem com N2 gasoso.hydrophilized in 0.5 mg / ml aqueous solution of poly (xylylidenotetrahydrothiophene) (PTHT) for 1 minute followed by washing the substrates in deionized water and drying with gaseous N2.
c) deposição por imersão do substrato sobre a camada do precursor PTHT de uma camada do eletrólito aniônico dodecilbenzeno sulfonato de sódioc) deposition by immersion of the substrate on the PTHT precursor layer of an anionic sodium dodecylbenzene sulfonate layer
durante 1 minuto em sua respectiva solução aquosa com concentração igual a1 minute in their respective aqueous solution with a concentration equal to
3,48 mg/mL, seguida por lavagem com água deionizada e secagem com N2, finalizando a deposição de uma bicamada.3.48 mg / mL, followed by washing with deionized water and drying with N2, finalizing the bilayer deposition.
d) preparação de filmes com 100 bicamadas de poli(p-fenilenovinileno 2 0 (PPV)/dodecilbenzeno sulfonato de sódio (DBS) e deposição de 3, 5 e 8d) preparation of 100-layer poly (p-phenylene vinylene 20 (PPV) / sodium dodecylbenzene sulfonate (DBS) bilayer films and deposition of 3, 5 and 8
bicamadas de nanotubos de carbono de parede única modificados com grupos aniônicos COOH e polietilamina (PEI), pela imersão dos substratos em dispersão aquosa de SWNT-COOH 0,6 mg/mL, seguida por lavagem com água deionizada e secagem com N2.Single-wall carbon nanotube bilayers modified with COOH and polyethylamine (PEI) anionic groups by immersing the substrates in 0.6 mg / mL SWNT-COOH aqueous dispersion, followed by washing with deionized water and drying with N2.
e) imersão dos substratos em solução aquosa do policátion PEI, 1 mg/mL durante 1 min, seguida por lavagem em água deionizada e secageme) soaking the substrates in PEI polycation aqueous solution, 1 mg / mL for 1 min, followed by washing in deionized water and drying
com N2 gasoso.with gaseous N2.
f) conversão de PTHT em PPV pelo aquecimento dos referidos filmes a 110-C durante 1 hora em atmosfera inerte de N2Como demonstrado a seguir:f) conversion of PTHT to PPV by heating said films at 110 ° C for 1 hour in an inert N2 atmosphere As shown below:
sobre substrato recoberto com um filme fino insolúvel de poli(3,4- etilenodioxotiofeno)-poli(estirenossulfonato) (PEDOT:PPS). Esse filme foi depositado por pelo método de spin-coating (2800 rpm) a partir de uma solução aquosa do polímero contendo 0,25 % em massa de etileno glicol (EG) e aquecido durante 12 horas a 70°C em atmosfera ambiente, seguido de 15 aquecimento em estufa a vácuo por 1 hora a 140°C para remover o excesso de água e EG do filme. Após esse procedimento obteve-se um filme de PEDOT.PSS insolúvel em água, sobre o qual se fez a deposição dos filmes. Logo, obteve-se outra arquitetura de filme que foi apenas caracterizada fotoeletroquimicamente. A arquitetura em questão é: 20 (PEDOT:PSS):(PPV/DBS)ioo:(SWNT-COOH/PEI)n, n = 3, 5 e 8.on substrate covered with an insoluble thin film of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate) (PEDOT: PPS). This film was deposited by the spin-coating method (2800 rpm) from an aqueous polymer solution containing 0.25 mass% ethylene glycol (EG) and heated for 12 hours at 70 ° C in ambient atmosphere, followed by Heat in a vacuum oven for 1 hour at 140 ° C to remove excess water and EG from the film. After this procedure, a water-insoluble PEDOT.PSS film was obtained, on which the films were deposited. Thus, another film architecture was obtained which was characterized only photoelectrochemically. The architecture in question is: 20 (PEDOT: PSS) :( PPV / DBS) ioo: (SWNT-COOH / PEI) n, n = 3, 5 and 8.
PTHTPTHT
PPVPPV
Em uma modalidade alternativa os filmes finos são também preparadosIn an alternative embodiment thin films are also prepared.
EXEMPLOS Exemplo 1 - ESTUDO DE CRESCIMENTO DOS FILMESEXAMPLES Example 1 - MOVIE GROWTH STUDY
A figura 1 evidencia o comportamento dos espectros de absorção dos filmes multicamadas de PPV/DBS. A banda larga de absorção situada na faixa de 350-500 nm é atribuída a transições π- π* entre os estados deslocalizados 5 acoplados com estados vibrônicos, e é caracteriza a conversão efetiva do precursor não conjugado PTHT em PPV.Figure 1 shows the absorption spectra behavior of PPV / DBS multilayer films. The absorption broadband in the range 350-500 nm is attributed to π- π * transitions between the delocalized states 5 coupled with the vibronic states, and is characterizing the effective conversion of the unconjugated PTHT precursor to PPV.
O anexo da figura 1 evidencia que a intensidade máxima (400 nm) da transição aumentou linearmente de acordo com o aumento do número de camadas depositadas, indicando que após cada etapa, uma mesma 10 quantidade de material foi depositada sobre o substrato, sugerindo um controle de espessura preciso. A deposição de bicamadas de PEI/SWNT-COOH sobre o bloco (PPV/DBS)i2 também apresentou um comportamento linear (figura 2), sugerindo que quantidades semelhantes de nanotubos de carbono e PEI foram depositadas. Nesse caso, a linearidade possibilita a deposição de filmes finos 15 com acurado controle interfacial entre materiais com baixo potencial de ionização (doadores de elétrons) (PPV) e com alta afinidade eletrônica (receptores de elétrons), que é um parâmetro que está diretamente relacionado à eficiência de dispositivos eletrônicos como as células solares fotoeletroquímicas orgânicas.The annex of figure 1 shows that the maximum intensity (400 nm) of the transition increased linearly as the number of layers deposited increased, indicating that after each step, the same amount of material was deposited on the substrate, suggesting a control. of precise thickness. The deposition of PEI / SWNT-COOH bilayers on the (PPV / DBS) i2 block also showed a linear behavior (Figure 2), suggesting that similar amounts of carbon and PEI nanotubes were deposited. In this case, linearity enables the deposition of thin films 15 with accurate interfacial control between materials with low ionization potential (electron donors) (PPV) and high electronic affinity (electron receivers), which is a parameter that is directly related. the efficiency of electronic devices such as organic photoelectrochemical solar cells.
2 0 O crescimento dos filmes de multicamadas (PPV/DBS) foi também2 0 The growth of multilayer films (PPV / DBS) was also
monitorado por espectroscopia de fotoluminescência (figura 3), e baseado na intensidade de emissão, o crescimento é linear até pelo menos 15 bicamadas. Esse resultado está em concordância com o observado na espectroscopia de absorção (figura 1).monitored by photoluminescence spectroscopy (figure 3), and based on emission intensity, growth is linear up to at least 15 bilayers. This result is in agreement with that observed in absorption spectroscopy (Figure 1).
Todos os espectros de emissão dos filmes PPV/DBS apresentaram os máximos na mesma posição uma estrutura vibrônica bem resolvida, com uma 5 banda de fônon 0-0 em 492 nm. O aumento gradual da intensidade de fotoluminescência (PL) dos filmes (PPV/DBS) com o aumento do número de bicamadas está relacionado ao aumento da concentração de material luminescente. A estrutura vibrônica bem resolvida e a razão das intensidades vibrônicas praticamente constantes apresentada em todos os espectros 10 sugerem que as cadeias de PPV estão emitindo como espécies isoladas e não estão passando por processos de transferência de energia nem formando espécies excímeros ou exciplex. Além disso, devido a grande intensidade da banda 0-0, efeito de filtro interno está praticamente ausente nesses filmes.All emission spectra of PPV / DBS films showed the maximums in the same position a well-resolved vibrational structure with a 0-0 phonon band at 492 nm. The gradual increase of photoluminescence intensity (PL) of the films (PPV / DBS) with the increase of the number of bilayers is related to the increase of the luminescent material concentration. The well-resolved vibronic structure and the nearly constant vibrational intensity ratio presented in all spectra 10 suggest that the PPV chains are emitting as isolated species and are not undergoing energy transfer processes or forming excimer or exciplex species. Also, due to the high intensity of 0-0 band, internal filter effect is virtually absent in these movies.
A partir desses resultados, iniciou-se a preparação e caracterização de 15 filmes com maior número de camadas, ou seja, filmes com maiores valores de espessura. A aplicação de filmes mais espessos está diretamente relacionada à necessidade de se aumentar a absorção de luz, que é um parâmetro determinante para a eficiência dos dispositivos fotovoltaicos e fotoeletroquímicos.From these results, began the preparation and characterization of 15 films with higher number of layers, ie films with higher thickness values. The application of thicker films is directly related to the need to increase light absorption, which is a determining parameter for the efficiency of photovoltaic and photoelectrochemical devices.
2 0 Exemplo 2 - FOTOLUMINESCÊNCIA DOS FILMES (PPV/DBS)i00: (PEI/SWNT-COOH)n2 0 Example 2 - PHOTOLUMINESCENCE OF MOVIES (PPV / DBS) i00: (PEI / SWNT-COOH) n
A espectroscopia de fotoluminescência pode também fornecer evidência direta da interação entre o polímero PPV e os nanotubos de carbono. Os espectros de fotoluminescência mostrados na Figura 4 correspondem a filmes com as seguintes arquiteturas: (PPV/DBS)i0o e [(PPV/DBS)i0o:(PEI/SWNTCOOH)n], onde n = 3, 5 e 8. Nota-se que com o aumento do número de bicamadas contendo SWNT, a fotoluminescência (PL) diminuiu drasticamente.Photoluminescence spectroscopy may also provide direct evidence of the interaction between the PPV polymer and carbon nanotubes. The photoluminescence spectra shown in Figure 4 correspond to films with the following architectures: (PPV / DBS) 10 and [(PPV / DBS) 10: (PEI / SWNTCOOH) n], where n = 3, 5 and 8. Note- As the number of SWNT-containing bilayers increased, photoluminescence (PL) decreased dramatically.
5 Isso sugere a ocorrência de uma apreciável supressão dos éxcitons fotogerados no polímero. Decréscimos de até 60% da fotoluminescência (PL) foram verificados, os quais podem ser atribuídos a redução da população dos éxcitons-singletes no PPV antes da recombinação radioativa devido à presença de um material de pronunciada eletroafinidade como é o caso dos nanotubos 10 de carbono. A transferência de elétrons é um processo de curta distância, logo, existe uma grande probabilidade de esse ser o processo mais eficiente na interface (heterojunção) entre (PPV/DBS)ioo e os blocos (PEI/SWNT-COOH)n responsável pela supressão de fotoluminescência (PL).5 This suggests an appreciable suppression of photogenerated exons in the polymer. Decreases of up to 60% of photoluminescence (PL) have been verified, which can be attributed to the reduction in the population of the singlet excitons in the PPV before radioactive recombination due to the presence of a pronounced electro-affinity material such as carbon nanotubes 10. . Electron transfer is a short distance process, so there is a high probability that this is the most efficient process at the interface (heterojunction) between (PPV / DBS) ioo and the (PEI / SWNT-COOH) n blocks responsible for suppression. photoluminescence (PL).
Exemplo 3 - MICROSCOPIA DE EPIFLUORESCÊNCIA A morfologia dos filmes de multicamadas foi analisada a partir dasExample 3 - EPIFLUORESCENCE MICROSCOPY The morphology of multilayer films was analyzed from the
seguintes arquiteturas: (PPV/DBS)ioo e [(PPV/DBS)i0o:(PEI/SWCNT)n], sendo n=3, 5 and 8. Na figura 5 estão ilustradas micrografias de epifluorescência para os filmes baseados nas arquiteturas mencionadas anteriormente.(PPV / DBS) ioo and [(PPV / DBS) i0o: (PEI / SWCNT) n], where n = 3, 5 and 8. Figure 5 shows epifluorescence micrographs for the films based on the mentioned architectures. previously.
O filme contendo apenas camadas de PPV (Figura 5) mostrou um brilho 2 0 amarelo homogêneo oriundo da emissão desse polímero. Após a deposição deThe film containing only PPV layers (Figure 5) showed a homogeneous yellow 20 glow from the emission of this polymer. After deposition of
3 camadas (PEI/SWNT) sobre o bloco (PPV/DBS), um decréscimo na emissão dos filmes foi observada. Este decréscimo na fotoluminescência (PL) foi também homogêneo, como pode ser visualizado na Figura 7, indicando uma deposição homogênea dos nanotubos de carbono sobre o bloco de PPV. Com a deposição subsequente de 5 e 8 bicamadas de (PEI/SWCNT), ou seja, aumentando-se a concentração de nanotubos de carbono, um decréscimo mais acentuado na intensidade da fotoluminescência (PL) foi observado. Esses 5 resultados estão de acordo com os espectros de fotoluminescência (PL) mostrados na Figura 4. O decréscimo na emissão é representado pelos domínios escuros que aparecem claramente nas imagens de epifluorescência (Figura 5), e correspondem a presença de nanotubos de carbono sobre o bloco de PPV/DBS.3 layers (PEI / SWNT) over the block (PPV / DBS), a decrease in film emission was observed. This decrease in photoluminescence (PL) was also homogeneous, as can be seen in Figure 7, indicating a homogeneous deposition of carbon nanotubes on the PPV block. With the subsequent deposition of 5 and 8 layers of (PEI / SWCNT), that is, increasing the concentration of carbon nanotubes, a more pronounced decrease in photoluminescence intensity (PL) was observed. These 5 results are in agreement with the photoluminescence (PL) spectra shown in Figure 4. The decrease in emission is represented by the dark domains that appear clearly in the epifluorescence images (Figure 5), and correspond to the presence of carbon nanotubes on the surface. PPV / DBS block.
IO Exemplo 4 - MICROSCOPIA DE FORÇA ATÔMICA (AFM)IO Example 4 - ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM)
A uniformidade do processo de deposição e a morfologia dos filmes de multicamadas foram também investigadas por microscopia de força atômica (AFM). As imagens foram obtidas no modo de não-contato e as áreas avaliadas foram de 5,0 x 5,0 μηη2.The uniformity of the deposition process and the morphology of multilayer films were also investigated by atomic force microscopy (AFM). The images were obtained in non-contact mode and the evaluated areas were 5.0 x 5.0 μηη2.
Na Figura 6a é mostrada a imagem de AFM para o filme (PPV/DBS)ioo.Figure 6a shows the AFM image for the (PPV / DBS) ioo movie.
na qual nota-se que quase toda a superfície do substrato (ITO) foi recoberta. No entanto, o alto valor de rugosidade média (41,27 nm) e a projeção tridimensional da superfície mostrada na Figura 6b sugerem a formação de uma deposição não uniforme. Isso indica que após certo número dein which almost all the substrate surface (ITO) was covered. However, the high average roughness value (41.27 nm) and the three-dimensional surface projection shown in Figure 6b suggest the formation of a nonuniform deposition. This indicates that after a certain number of
2 0 bicamadas, torna-se difícil obterem-se monocamadas uniformes das moléculas de PPV e DBS.20 bilayers, it is difficult to obtain uniform monolayers of the PPV and DBS molecules.
Após adicionar-se 3 e 5 bicamadas (PEI/SWNT) sobre as bicamadas (PPV/DBS), uma nítida modificação na morfologia pode ser notada para ambos os filmes. Foi observado que aglomerados começam a aparecer sobre o filme de (PPV/DBS) após a adição de 3 bicamadas (PEI/SWNT), como ilustrado na Figura 7a. Foi também observado que a rugosidade média (41,83 nm) não sofreu alteração acentuada.After adding 3 and 5 bilayers (PEI / SWNT) to the bilayers (PPV / DBS), a distinct change in morphology can be noted for both films. It was observed that clumps begin to appear on the (PPV / DBS) film after the addition of 3 layers (PEI / SWNT), as illustrated in Figure 7a. It was also observed that the average roughness (41.83 nm) did not change significantly.
5 Quando 5 bicamadas (PEI/SWNT) foram depositadas, um maior5 When 5 bilayers (PEI / SWNT) were deposited, a higher
aumento na densidade dos aglomerados e uma boa dispersão desses foram verificados (Figura 8a e 8b), estando a rugosidade média de 42,03 nm muito próxima dos valores mencionados anteriormente para os filmes (PPV/DBS)i0oe (PPV/DBS)10o:(PEI/SWNT)3. Com a deposição de 8 bicamadas, pequenos 10 aglomerados de nanotubos de carbono foram visualizados embebidos com o polímero PEI, como pode ser visto na Figura 9a. A rugosidade média desse filme foi de 19,25 nm, valor muito inferior ao observado para os filmes anteriores. Isso indica que as 8 camadas de (PEI/SWNT) promoveram um recobrimento mais eficiente da superfície do filme de PPV/DBS, o que também 15 está evidenciado na Figura 9b.The increase in the density of the agglomerates and their good dispersion were verified (Figure 8a and 8b), with the average roughness of 42.03 nm very close to the values mentioned above for the (PPV / DBS) i0oe (PPV / DBS) 10o films: (PEI / SWNT) 3. With the 8-layer deposition, small 10 carbon nanotube clusters were visualized soaked with PEI polymer, as can be seen in Figure 9a. The average roughness of this film was 19.25 nm, much lower than that observed for previous films. This indicates that the 8 layers of (PEI / SWNT) promoted a more efficient coating of the PPV / DBS film surface, which is also shown in Figure 9b.
Exemplo 5 - MEDIDAS FOTOELETROQUÍMICASExample 5 - PHOTOELECTCHEMICAL MEASURES
O desempenho fotoeletroquímico dos filmes de multicamadas baseados em PPV a SWNT-COOH foi avaliado através de medidas de fotocorrente em função do tempo (fotocronoamperometria) em uma célula fotoeletroquímica de 2 0 três compartimentos, empregando os filmes como fotoeletrodos. O eletrólito utilizado foi uma solução 0,5 mol L1 de KCI em água deionizada saturada comThe photoelectrochemical performance of PPV-based multilayer films with SWNT-COOH was evaluated by photocurrent measurements as a function of time (photochronamperometry) in a 20-compartment photoelectrochemical cell using the films as photoelectrodes. The electrolyte used was a 0.5 mol L1 solution of KCI in deionized water saturated with
O2, que atuou como um mediador redox. O filme contendo apenas camadas de PPV mostrou uma reduzida fotoatividade, ou seja, fotocorrente muito baixa, que possivelmente está relacionada a limitada dissociação excitônica nesse polímero de baixa constante dielétrica (Figura 10).O2, which acted as a redox mediator. The film containing only PPV layers showed reduced photoactivity, ie very low photocurrent, which is possibly related to limited excitonic dissociation in this low dielectric constant polymer (Figure 10).
Para o filme de PPV contendo nanotubos de carbono como fotoeletrodo, valores apreciáveis de fotocorrente apareceram imediatamente sob iluminação 5 e caíram instantaneamente quando essa foi cessada. Isso indica que os nanotubos podem estar atuando como centros de dissociação dos éxcitons gerados no PPV, aumentando o número de portadores de carga que chegam à interface do eletrólito.For PPV film containing carbon nanotubes as photoelectrode, appreciable photocurrent values immediately appeared under illumination 5 and dropped instantly when it was stopped. This indicates that nanotubes may be acting as dissociation centers for the PPV-generated ecitons, increasing the number of charge carriers that reach the electrolyte interface.
A resposta fotoeletroquímica foi repetida várias vezes, entretanto, uma 10 diminuição da fotocorrente com o tempo é um indício de que algum tipo de degradação ou dissolução da camada ativa do fotoeletrodo esteja ocorrendo. A partir da figura 11, notou-se que os valores de fotocorrente aumentaram com o aumento do número de bicamadas contendo nanotubos de carbono, fato esse relacionado ao aumento na separação dos pares elétron-buraco.The photoelectrochemical response has been repeated several times, however, a decrease in photocurrent over time is an indication that some kind of degradation or dissolution of the active layer of the photoelectrode is occurring. From figure 11, it was noted that the photocurrent values increased with the increase in the number of carbon nanotube bilayers, a fact related to the increase in electron-hole pair separation.
A geração de fotocorrente corresponde possivelmente à transferênciaPhotocurrent generation possibly corresponds to transfer
dos elétrons fotogerados do PPV para o nanotubo de carbono, fato este já sugerido pela espectroscopia de fotoluminescência apresentada anteriormente.photogenerated electrons from PPV to carbon nanotube, a fact already suggested by the photoluminescence spectroscopy presented above.
A análise da geração de fotocorrente em uma célula fotoeletroquímica é quase sempre um problema complexo, visto que contribuições concorrentes de 2 0 transporte de carga no filme e injeção de carga em direção aos eletrodos e/ou em direção ao eletrólito podem ocorrer. Consequentemente, a posição relativa dos níveis de energia de HOMO e LUMO dos materiais, morfologia e a natureza da superfície do filme em contato com a solução eletrolítica certamente desempenham um papel importante.Analyzing photocurrent generation in a photoelectrochemical cell is almost always a complex problem, as competing contributions of 20 charge transport in the film and charge injection towards the electrodes and / or toward the electrolyte may occur. Consequently, the relative position of the materials HOMO and LUMO energy levels, morphology and the nature of the film surface in contact with the electrolyte solution certainly play an important role.
No caso dos filmes de multicamadas de PPV contendo camadas de nanotubos de carbono, podemos assumir que as interfaces polímero/nanotubo 5 de carbono podem permitir que os elétrons ou buracos fotogerados sejam transferidos facilmente do PPV para os nanotubos de carbono, competindo de forma eficaz com os processos de desativação no polímero condutor, otimizando assim a transferência de cargas.For PPV multilayer films containing carbon nanotube layers, we can assume that the polymer / carbon nanotube 5 interfaces can allow photogenerated electrons or holes to be easily transferred from PPV to carbon nanotubes, effectively competing with each other. deactivation processes in the conductive polymer, thus optimizing the charge transfer.
Para os filmes de multicamadas da presente invenção, enquanto a fase 10 do PPV é quase totalmente contínua ao longo do filme (Figura 9a e 9b), apenas uma fração de nanotubos está supostamente em contato com o polímero. Com isso pode-se afirmar que a fase polimérica oferece um maior número de caminhos possíveis para o transporte de carga (buracos). Por sua vez, a fase de nanotubos de carbono constituída por poucas camadas de tubos 15 aglomerados, apresentará um transporte de cargas (elétrons) menos eficiente. Isso sugere que os valores de fotocorrente podem ser, portanto, limitados pelo transporte de elétrons, e não apenas buracos. Neste sentido, a morfologia e o nível de dispersão dos nanotubos podem desempenhar um relevante papel sobre o transporte de carga total no filme.For the multilayer films of the present invention, while PPV phase 10 is almost entirely continuous throughout the film (Figures 9a and 9b), only a fraction of nanotubes is supposed to be in contact with the polymer. With this it can be said that the polymer phase offers a greater number of possible paths for cargo transportation (holes). In turn, the carbon nanotube phase, made up of a few layers of agglomerated tubes, will have a less efficient charge transport (electrons). This suggests that photocurrent values may therefore be limited by electron transport, not just holes. In this sense, the morphology and dispersion level of nanotubes can play a relevant role on the total charge transport in the film.
2 0 A fotocorrente catódica observada para todos os filmes multicamadas2 0 The cathodic photocurrent observed for all multilayer films
baseados em PPV e SWNT indica que o fluxo de elétrons ocorre em direção ao eletrólito, onde o mediador redox (02/02) é responsável por transportar os elétrons para o contra-eletrodo de platina (figura 12). Os valores de fotocorrente nas células fotoeletroquímicas podem ser incrementados a partir da introdução de uma camada injetora de buracos entre a camada ativa e o eletrodo de ITO, o que geralmente aumenta a eficiência do transporte de buracos.based on PPV and SWNT indicates that electron flow occurs toward the electrolyte, where the redox mediator (02/02) is responsible for transporting the electrons to the platinum counter electrode (Figure 12). The photocurrent values in photoelectrochemical cells can be increased by introducing a hole injecting layer between the active layer and the ITO electrode, which generally increases the efficiency of hole transport.
5 Na figura 13 podem ser observadas as respostas fotoeletroquímicas dos5 Figure 13 shows the photoelectrochemical responses of
filmes de multicamadas com e sem camadas de PEDOT:PSS. Nitidamente, as células contendo o PEDOT:PSS apresentaram valores de fotocorrente maiores e mais estáveis, o que sugere a influência direta desse material sobre o processo de transferência de cargas entre PPV e nanotubo de carbono, através de uma coleta de buracos pelo PEDOT mais eficiente.multilayer films with and without PEDOT: PSS layers. Clearly, cells containing PEDOT: PSS showed higher and more stable photocurrent values, suggesting the direct influence of this material on the charge transfer process between PPV and carbon nanotube through a more efficient PEDOT hole collection. .
Dessa forma, embora tenham sido mostradas apenas algumas modalidades da presente invenção, será entendido que várias omissões, substituições e alterações podem ser feitas por um técnico versado no assunto, sem se afastar do espírito e escopo da presente invenção. As modalidades 15 descritas devem ser consideradas em todos os aspectos somente como ilustrativas e não restritivas.Thus, while only a few embodiments of the present invention have been shown, it will be appreciated that various omissions, substitutions and changes may be made by one of ordinary skill in the art without departing from the spirit and scope of the present invention. The embodiments described herein should be considered in all respects only as illustrative and not restrictive.
É expressamente previsto que todas as combinações dos elementos que desempenham a mesma função substancialmente da mesma forma para alcançar os mesmos resultados estão dentro do escopo da invenção. 2 0 Substituições de elementos de uma modalidade descrita para outra são também totalmente pretendidas e contempladas.It is expressly provided that all combinations of elements that perform the same function in substantially the same way to achieve the same results are within the scope of the invention. 20 Substitutions of elements of one embodiment described for another are also fully intended and contemplated.
Também é preciso entender que os desenhos não estão necessariamente em escala, mas que eles são apenas de natureza conceituai. A intenção é, portanto, ser limitada, tal como indicado pelo escopo das reivindicações anexas.One must also understand that the drawings are not necessarily to scale, but that they are only of a conceptual nature. The intent is therefore to be limited as indicated by the scope of the appended claims.
Claims (7)
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