Efeitos de temperatura sobre a estabilidade de quasi-partículas em polímeros condutores

Abstract

O grande potencial dos polímeros condutores no desenvolvimento de novas tecnologias para dispositivos optoeletrônicos vem atraindo, de forma crescente, o interesse da comunidade científica nos últimos anos. As aplicações desses materiais incluem diodos emissores de luz orgânicos (OLEDs), transistores de filme fino (OTFETs), fotodiodos e fotovoltaicos orgânicos (OPVs). Em especial, os fotovoltaicos orgânicos são muito atrativos por apresentarem vantagens como condutividade controlada, alta maleabilidade e baixo custo de produção. O transporte de carga nesses materiais tem sido identificado como um processo importante em todas as aplicações e a estabilidade dos portadores de carga está diretamente relacionada com a performance do dispositivo. Um dos desafios significativos na ciência desses materiais é a caracterização do efeito da temperatura sobre o transporte de carga. Com isso, entender efeitos da temperatura sobre a estabilidade dos portadores de carga é fundamental para a desenvolvimento da ciência e tecnologia dos polímeros condutores. Neste trabalho, a estabilidade dos portadores de carga em polímeros conjugados foi investigada numericamente, sob diferentes regimes de temperatura e campos elétricos externos. Nas simulações foram utilizados os portadores de carga mais comuns nesses materiais: o sóliton, o pólaron e o bipólaron. O objetivo principal é investigar a estabilidade desses portadores em cadeias de poliacetileno sob a forma de seus isômeros trans e cis. Para isso, uma versão modificada do modelo Su-Schrieffer- Heeger (SSH) foi utilizada para incluir efeitos de campo elétrico externo e o termo de quebra de simetria de Brazoviskii-Kirova. Os resultados obtidos nas simulações sugerem que a estabilidade dos portadores de carga diminui devido ao aumento da temperatura. Também foi analisada a dinâmica dos portadores de carga quando os efeitos de temperatura foram levados em consideração. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

The great potential of conducting polymers to the development of new optoelectronic devices has attracted the interest of the scientific community in recent years. The applications of these materials include organic light emitting diodes (OLEDs), thin film transistors (OTFETs), organic photodiodes and photovoltaics (OPVs). Especially, organic photovoltaics are attractive because they have advantages such as controlled conductivity, high flexibility and low cost of production. The charge transport in these materials have been identified as an important process in all applications and the charge carriers stability has been shown to be directly related to device performance. One of the significant challenges in the science of these materials is the characterization of the temperature effects on charge transport. Thus, understanding the temperature effects on the stability of the charge carriers is crucial for the development of science and technology of conducting polymers. In this work, the stability of charge carriers in conjugated polymers was numerically investigated under different temperature regimes and external electric fields. In the simulations, the most common charge carriers in these materials were simulated: solitons, polarons and bipolarons. The main objective is investigate the stability of these charge carriers in polyacetylene chains on both isomers trans and cis. For this, a modified version of the SSH model was used to include external electric field effects and the Brazoviskii-Kirova symmetry breaking term. The simulation results suggest that the charge carriers stability decreases due to the increase in the temperature. It was also analyzed the charge carriers dynamics when the temperature effects were taken into account.