Injeção de cargas no polímero P3HT em condições ambientais como um controle de processos degradativos em materiais verdes

Abstract

A descoberta de polímeros condutores há 40 anos abriu o caminho para a eletrônica orgânica com a promessa de novas aplicações. Desde então, uma gama considerável de dispositivos eletrônicos contendo polímeros condutores (semi) tem sido desenvolvidos, como diodos emissores de luz, dispositivos ópticos não lineares, músculos artificiais, transístores de filmes finos, dispositivos fotovoltaicos, dentre outros. Incorporando compostos orgânicos extraídos de plantas (os chamados materiais "verdes") nestes dispositivos é possível melhorar estabilidade, sustentabilidade e os custos de manufatura. Materiais verdes são processados sob atmosfera ambiente, utilizando técnicas de deposição simples como spin, dip coating ou drop casting. Mesmo os semicondutores orgânicos bem conhecidos comportam-se de maneira diferente nestas condições. Como um sistema de modelo e referência para materiais verdes, foi reinvestigada a injeção de lacunas no polímero semicondutor regiorregular poly(3- hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT). Este por sua vez, é conhecido por ser sensível aos contaminantes ambientais, como humidade, oxigênio ou solventes remanescentes. No presente trabalho, é dada especial ênfase para a compreensão da resposta elétrica dos semicondutores orgânicos sob ação de processos degradativos, que afetam tanto o filme quanto as interfaces. Para promover a injeção de carga no P3HT vários cenários de secagem foram monitorados após tratamento térmico (annealing) e envelhecimento. Comparou-se a injeção de carga através de uma interface metal-semicondutor com uma heterojunção orgânica na mesma amostra para distinguir efeitos do filme e de interfaces. Fenômenos de dopagem não intencional, presença de impurezas carregadas, degradação por armadilhas de lacunas profundas e camadas interfaciais não uniformes foram identificados através da análise cuidadosa das características de corrente-tensão, parcialmente com a ajuda de simulações numéricas que resolveram as equações diferenciais não-linear de Poisson e de deriva-difusão. Além disso, a injeção de cargas em materiais verdes como filmes plastificados com base em Buriti e óleo de Urucum revelou diferenças marcantes em relação ao material de referência P3HT, provavelmente relacionado a modificações de interface. O exemplo dado demonstra a utilidade da criação de injeção de carga em filme P3HT por casting como controle para desenvolver materiais verdes com aplicações eletrônicas.