Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40433
Título: Influência de nanopartículas metálicas e pequenas moléculas no desempenho de células solares orgânicas
Título(s) alternativo(s): Influence of metallic nanoparticles and small molecules on the performance of organic solar cells
Autor(es): Landa, Mateus Mussunda
Orientador(es): Faria, Roberto Mendonça
Palavras-chave: Células solares
Filmes finos
Nanopartículas
Polímeros condutores
Semicondutores
Desempenho
Solar cells
Thin films - Electric properties
Nanoparticles
Conducting polymers
Semiconductors
Performance
Data do documento: 28-Jan-2026
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: LANDA, Mateus Mussunda. Influência de nanopartículas metálicas e pequenas moléculas no desempenho de células solares orgânicas. 2026. Dissertação (Mestrado em Física e Astronomia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2026.
Resumo: A busca por fontes de energia limpa e renovável posiciona a tecnologia fotovoltaica entre as necessárias para o futuro energético global. Dentre as opções emergentes, as Células Solares Orgânicas (OSCs) se destacam por sua leveza, flexibilidade e a promessa de baixo custo de fabricação. Os avanços mais significativos vêm de arquiteturas de heterojunção de volume (BHJ-Bulk Heterojunction) que utilizam a moderna classe de Aceitadores de Não-Fulerenos (NFAs), entre elas a molécula Y6, em mistura com a molécula aceitadora PM6 (PM6:Y6) compõe um sistema dos mais eficientes e estudados da atualidade. Contudo, o principal desafio para a comercialização é superar as perdas de eficiência decorrentes da competição entre a extração e a recombinação de cargas elétricas dentro do dispositivo. Este trabalho tem como propósito investigar a influência de nanopartículas metálicas e pequenas moléculas no desempenho de células solares orgânicas com objetivo de aprimorar os parâmetros fotovoltaicos através de uma engenharia de interface das multicamadas dos dispositivos BHJ-OSCs. Testamos diferentes camadas transportadoras de buracos, do inglês “Hole Transport Layer” (HTL), utilizando o polímerico PEDOT:PSS e uma pequena molécula Br-2PACz, cada uma combinada com intercamadas de nanopartículas (Nps) de ouro (𝐴𝑢) ou trióxido de molibdênio (𝑀𝑜𝑂3), que foram sintetizadas pelo método de Ablação a Laser em Líquido (PLAL). Os resultados de caracterização em regime estacionário das curvas 𝐽–𝑉 demonstraram que o uso da Br-2PACz em conjunto com Au Nps é a combinação mais eficaz, fornecendo parâmetros fotovoltaicos melhores em contraste com os obtidos da estrutura tendo PEDOT:PSS como camada HTL. Realizamos estudos da dinâmica de carga no sistema otimizado Br-2PACz com Nps através da correlação entre medidas de Transiente de Fotocorrente (TPC), Fotovoltagem (TPV) e Foto-CELIV. Com o auxílio de um modelo analítico da fotocorrente, constatamos que a inclusão das Nps aumenta a mobilidade de portadores. Esta análise confirmou que a otimização da interface é crucial, pois as Nps e o Br-2PACz atuam na redução do desequilíbrio entre perdas por recombinação e extração de buracos, conforme evidenciado pela redução significativa de um parâmetro 𝜃0, “Figura de Mérito”diretamente correlacionado ao aumento do fator de preenchimento (FF) e do PCE do dispositivo. A dinâmica de extração e recombinação é crucial para a otimização da engenharia de dispositivos fotovoltaicos, e validou a abordagem de multicamadas como uma estratégia eficaz para aprimorar o transporte de carga e maximizar a eficiência das OSCs.
Abstract: The search for clean and renewable energy sources places photovoltaic technology among the key solutions for the future global energy landscape. Among emerging alternatives, Organic Solar Cells (OSCs) stand out due to their lightweight nature, mechanical flexibility, and the prospect of low-cost fabrication. The most significant recent advances have been achieved using bulk heterojunction (BHJ) architectures based on the modern class of non-fullerene acceptors (NFAs). In this context, the Y6 molecule blended with the donor polymer PM6 (PM6:Y6) constitutes one of the most efficient and widely studied systems to date. Nevertheless, a major challenge for commercial deployment remains the mitigation of efficiency losses arising from the competition between charge extraction and charge recombination within the device. The aim of this work is to investigate the influence of metallic nanoparticles and small molecules on the performance of organic solar cells, with the goal of improving photovoltaic parameters through interfacial engineering of BHJ-OSC multilayer structures. Different hole transport layers (HTLs) were evaluated, namely the polymeric PEDOT:PSS and the small molecule Br-2PACz, each combined with interlayers of 𝐴𝑢 or 𝑀𝑜𝑂3 nanoparticles synthesized via the pulsed laser ablation in liquid (PLAL) method. Steady-state characterization based on current density–voltage 𝐽–𝑉 measurements demonstrated that the Br-2PACz/Au nanoparticle configuration provides the most effective combination, yielding superior photovoltaic parameters compared to devices employing PEDOT:PSS as the HTL. Charge carrier dynamics in the optimized Br-2PACz/Au nanoparticle system were further investigated through a correlated analysis of transient photocurrent (TPC), transient photovoltage (TPV), and photo-CELIV measurements. Supported by an analytical photocurrent model, the results indicate that the incorporation of nanoparticles enhances charge carrier mobility. This analysis confirms that interfacial optimization is critical, as the combined action of Au nanoparticles and Br-2PACz reduces the imbalance between recombination and hole extraction losses. This effect is evidenced by a significant reduction in the parameter 𝜃0, a figure of merit directly correlated with improvements in fill factor (FF) and power conversion efficiency (PCE). Overall, the results demonstrate that charge extraction and recombination dynamics play a central role in photovoltaic device optimization and validate the multilayer interfacial engineering approach as an effective strategy to enhance charge transport and maximize the efficiency of organic solar cells.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40433
Aparece nas coleções:CT - Programa de Pós-Graduação em Física e Astronomia

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
nanoparticulasmetalicascelulassolares.pdf9,34 MBAdobe PDFThumbnail
Visualizar/Abrir


Este item está licenciada sob uma Licença Creative Commons Creative Commons