Estudo dos factores que influenciam a eficiência de dispositivos electrónicos orgânicos por simulação computacional

Abstract

Nos últimos anos o campo da Electrónica Orgânica teve um grande desenvolvimento, resultante da contribuição de vários trabalhos, quer teóricos quer experimentais, fundamentais e aplicados, onde os dispositivos com camadas activas constituídas por polímeros conjugados apresentam especial atenção devido ao facto de serem materiais fáceis sintetizar e processar, de baixo custo e apresentarem eficiências aceitáveis, levando a que alguns dos dispositivos onde são utilizados tenham já entrado no circuito comercial e outros tenham múltiplas funcionalidades. Apesar da importância científica e tecnológica deste tipo de dispositivos, para se poder desenhar e fabricar dispositivos multifuncionais é necessário compreender e melhorar o seu funcionamento, que passa pelo estudo dos factores que influenciam esse funcionamento e a competição dos vários processos electrónicos que estão na sua base. Para isso é necessário desenvolver um modelo destes dispositivos multifuncionais que englobe todos estes processos, desde a escala molecular à mesoscópica, e que tenha um número reduzido de parâmetros ajustáveis. É neste contexto que que foi desenvolvido um Modelo Mesoscópico que permita o estudo da evolução temporal e da competição dos processos de injecção, transporte, recombinação, retenção e recolha de carga (electrões e/ou lacunas), assim como da formação e difusão de excitões, em díodos poliméricos conjugados baseados em PPV e alguns dos seus derivados. Para tal, foram utilizados resultados dos processos à escala molecular obtidos por um método de dinâmica molecular quântica auto-coerente e incorporados, como parâmetros, no Modelo Mesoscópico, com o objectivo de se estudar a influência das propriedades moleculares e da morfologia do polímero, à nanoescala, no funcionamento desses dispositivos. Os resultados por nós obtidos, alguns deles não intuitivos, permitem não só uma melhor compreensão do funcionamento dos dispositivos multifuncionais baseados em materiais poliméricos, como sugerem estratégias para melhorar a sua eficiência e desempenho.

In the last years the Organic Electronic field had a great development as a result of the contribution of several theoretical and experimental works, both fundamental and applied, where the devices with active layers based on conjugated polymers, show special attention due to the fact that they are easy to synthesize and processing, low cost and sufficient efficiency, leading to their commercialization and their use as multifunctional devices. Despite their scientific and technological importance, in order to design and fabricate multifunctional devices is necessary understanding and improve their functioning, which needs the study of the factors that influence the competition of several electronic processes that are underlying the functioning of those devices. In order to study that competition is necessary to develop a multifunctional device model that considers the processes from the molecular to the mesoscopic scales and presents a small number of adjustable parameters. In this context we have been developing a Mesoscopic Model that allows to study the time evolution and the competition between the processes of charge (electrons and/or holes) injection, transport, recombination, trapping and collection by the opposite electrode, as well as exciton formation and diffusion, in diodes based on conjugated polymers such as PPV and some of its derivatives. For that purpose, we have used results obtained at molecular scale calculated by a self-consistent quantum molecular dynamics method and use them as parameters in the Mesoscopic Model, with the aim to study the influence of molecular properties and polymer morphology, at nanoscale, in the functioning of those devices. Our results, which some of them are not intuitively, allow not only a better understanding of the functioning of multifunctional devices based on polymeric materials, but also suggest strategies to improve their efficiency and performance.