Dinâmica de éxcitons em fotovoltaicos orgânicos com arquitetura cascata

Abstract

Os dispositivos fotovoltaicos orgânicos (OPV) são amplamente estudados e a sua eficiência pode ser afetada por diferentes aspectos. Para a compreensão da eficiência destes dispositivos, têm-se os processos de transporte de energia. Este fenômeno é predominantemente descrito pelo mecanismo de Förster, no qual ocorre uma transferência de excitação entre moléculas vizinhas na camada ativa até atingir uma interface de dissociação. A morfologia da camada ativa afeta a dinâmica da excitação, e por consequência, sua dissociação na interface. A arquitetura em cascata é um modelo baseado na otimização da conformação da camada, a fim de se obter mais dissociação, levando a OPVs mais eficientes. Neste trabalho, investigamos o efeito cascata no transporte de energia através da alteração das configurações da camada ativa de um típico OPV. A otimização de geometria e análise dos modos normais foram realizadas através da Teoria Funcional da Densidade para várias moléculas orgânicas típicas. As propriedades fotofísicas foram obtidas através do método dos ensembles nucleares. Estas características foram utilizadas num algoritmo de Monte Carlo Cinético, desenvolvido para simulações de dinâmica do éxciton. A nossa análise indicou que o efeito em cascata proporciona uma melhoria na difusão do éxciton em direção à interface. Modificando os parâmetros da camada ativa, como a largura das camadas orgânicas e as moléculas em cada camada, obtivemos um conjunto de parâmetros que otimiza o transporte de energia. Dessa forma, o número de excitações que atingem a interface foi maximizado. Os nossos resultados lançam então uma luz sobre o papel dos efeitos da arquitetura em cascata na transferência de energia na camada ativa.