Efeitos do solvente sobre a microestrutura do filme de P3HT - um estudo por simulação com dinâmica molecular.

Abstract

Uma das características importantes para construir células solares orgânicas (CSOs) de alta eficiência, que sejam competitivas com materiais análogos de silício, é sua morfologia. A solubilidade tem papel importante durante a formação da microestrutura de semicondutores orgânicos, mas os conceitos para descrever e compreender o comportamento microestrutural das cadeias são escassos na literatura científica. O Poly(3-hexyltiofeno) (P3HT) é um polímero semicondutor amplamente estudado e utilizado como doador de elétrons em CSOs, que além do baixo custo de produção e regioreguralidade, apresenta estabilidade química que o torna referência para aplicações em dispositivos optoeletrônicos. Para compreender os efeitos dos solventes sobre filmes de P3HT, neste trabalho, comparou-se a morfologia dos filme de P3HT produzidos com dois solventes diferentes: (i)Um com solvente bom (o-DCB) e (ii) um com solvente pobre (TCB). Para isso, foram efetuadas simulações com dinâmica molecular atomística, com o campo de força OPLS-AA, amplamente utilizado para simulações com materiais orgânicos. Cada filme é composto por cinquenta oligômeros com trinta unidades monoméricas, distribuídos aleatoriamente em um caixa cúbica, e seis mil moléculas de solvente que foram gradualmente removidas em quantidades iguais totalizando quinze etapas de simulação. Todas as análises foram efetuadas sobre os 100 ns de trajetória. Este procedimento gerou resultados bastante satisfatórios para distinguir a microestruturas de cada filme e suas respectivas propriedades mecânicas. Os resultados mostraram impactos significativos dos solventes para a formação de diferentes entrelaçamentos das cadeias. A morfologia do filme processado com o-diclorobenzeno apresentou maior entrelaçamento do tipo coesional, enquanto que o filme processado com triclorobenzeno apresentou maior quantidade de cadeias entrelaçadas com perfil topológico. Outra diferença foi maior resistência a forças externas por parte do filme processado com TCB comparado com o produzido com o-DCB.