Modelos moleculares para fotocélulas orgânicas baseadas em hidrocarbonetos poli-aromáticos

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Ribeiro, Rafael Bicudo
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: células solares orgânicas; espectro de absorção; FREA; LC-TD-DFTB; organic solar cells
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-24092021-163310/

No contexto de células solares orgânicas, o presente trabalho investiga as propriedades do aceitador eletrônico DTP-IC-4Ph [Adv. Energy Mater. 9, 1803976 (2019)], que por meio da incorporação de moléculas pi-conjugadas em estruturas do tipo FREA (Fused-Ring Electron Acceptors) resulta em dispositivos com baixo custo de produção e eficiências de conversão (PCE) promissoras. A caracterização foi realizada a nível LC-TD-DFTB (Long-range Corrected Time-Dependent Density Functional based Tight-Binding model) junto ao conjunto de parâmetros OB2 (Parametrization for Organic and Biological Molecules) com adição do átomo de enxofre. Os espectros de absorção são determinados a partir da média sobre um conjunto de coordenadas nucleares na região de Franck-Condon, que reproduz qualitativamente os resultados experimentais mas se mostra sensível a descrição do ambiente. O monômero do doador PBDB-T reafirma os resultados obtidos para o aceitador com o acréscimo de que a ausência dos demais oligômeros impacta na energia dos orbitais moleculares. Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs) também foram estudados, possibilitando a validação da metodologia frente ao formalismo da DFT (Teoria do Funcional de Densidade) com o funcional de correlação e troca wB97X-D assim como a determinação de grandezas físicas como constantes dielétricas, energias de ligação do éxciton e energias intramoleculares de reorganização. A compatibilidade entre os níveis de teoria é evidenciada comparando geometrias e espectros de absorção, e é confirmada pela baixa sensibilidade dos HPAs frente a escolha da base atômica, de tal forma que a metodologia LC-TD-DFTB se mostra uma ferramenta viável e computacionalmente favorável para a caracterização de sistemas gasosos, dependendo de correções para retratar ambientes orgânicos.