Preparación de materiales fotovoltaicos orgánicos y estudio de propiedades de transporte eléctrico usando espectroscopia de impedancia

Abstract

En este trabajo se hizo especial énfasis en el estudio de propiedades de transporte eléctrico de películas delgadas de compuestos usados como capa transportadora de huecos y como capa activa en celdas solares orgánicas, así como también de dispositivos con estructura ITO/X/Y/M, donde X representa la capa transportadoras de huecos (PEDOT:PSS ó s-CuPC), Y corresponde a la capa activa ( P3HT, PCBM ó P3HT:PCBM) y M es el cátodo que actúa como contacto superior (Ag ó Al ). El estudio se realizó usando la técnica de espectroscopía de impedancia y los resultados fueron evaluados a través de un modelo de circuito equivalente propuesto en este trabajo para celdas solares orgánicas tipo Bulkheterojunction (BHJ). Los valores de elementos del circuito de interés fueron obtenidos mediante ajuste de curvas experimentales de impedancia con curvas simuladas empleando el “Software EIS Analyzer”. Se confirmó que el P3HT forma una barrera Schottky con aluminio, mientras el PCBM y el P3HT:PCBM forman contacto óhmico con este metal. El PEDOT:PSS bloquea selectivamente el paso de electrones hacia el ánodo mientras s-CuPC forma un par donor-aceptor con el PCBM y no es posible determinar si bloquea el transporte de electrones hacia el ánodo. Se comparó las propiedades eléctricas de P3HT fabricado a partir de una solución de clorobenceno que es usada convencionalmente, con P3HT fabricado usando nuevas solventes ( xileno, y mesitileno), siendo este último el que permite obtener movilidades más altas. Además se estableció que las propiedades eléctricas de películas de la mezcla P3HT:PCBM se pueden mejorar aumentando la presión parcial dentro del sistema de spin coating durante la formación de las películas. Por último se confirmó que la exposición de P3HT al aire genera dopado pero deteriora la movilidad de portadores de carga.

Abstract: In this work special emphasis was made about the study of electrical transport properties of thin films of materials, employed as hole transport and absorbent layers in organic solar cells, as well as devices with ITO/X/YM structure where X is the hole transport layer (PEDOT:PSS ó s-CuPC), Y is the absorbent layer (P3HT, PCBM ó P3HT:PCBM) and M is the cathode, acting also as top electrical contact (Ag or Al). This work was carried out using impedance spectroscopy and the results were evaluated using equivalent circuit model, proposed for bulkheterojunction (BHJ) organic solar cells. Values of circuit elements of interest were obtained by fitting of the impedance experimental curves with those simulated by a software (EIS Analyzer). It was confirmed that P3HT forms a Schottky barrier when put in contact with aluminium while PCBM and the blend P3HT:PCBM forms ohmic contacts with this metal. The PEDOT:PSS thin film selectively blocks the transference of electrons toward the anode while s-CuPC forms a donor-aceptor par with PCBM and it is not possible to determine if it blocks the electron transport toward the anode. The electrical properties of P3HT made from precursor solution based in chlorobenzene, that is in general used, with P3HT made using new solvents (o-xylene and mesytilene) obtaining better electrical properties when mesytilene is used. Also it was noticed that the electrical properties of P3HT:PCBM thin films can be improved by increasing the system pressure during the deposition of thin films by spin coating. Finally it was confirmed that the contact of P3HT with air increases the doping but the mobility in the material decreases.