Tópico: Eletrônica orgânica

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Eletrônica orgânica

Agência FAPESP – Misturando dois polímeros com propriedades diferentes, pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) conseguiram aumentar a eletroluminescência de um dispositivo orgânico emissor de luz (Oled, na sigla em inglês). A pesquisa é matéria de capa da nova edição da revista Synthetic Metals.

Descobertos em 1990 por dois pesquisadores norte-americanos e um japonês – que dez anos depois ganhariam o prêmio Nobel de química pelo feito –, os Oleds prometem substituir, com diversas vantagens, as telas atuais de LCD e plasma. Tratam-se de dispositivos formados por polímeros eletroluminescentes, que emitem luz quando expostos a uma fonte de energia elétrica.

O trabalho correspondeu à tese de doutorado de Rafael Cossiello, orientada por Teresa Atvars, professora do Instituto de Química e pró-reitora de pós-graduação da Unicamp. Segundo Teresa, a base científica trazida à universidade pelo trabalho permite dizer que o grupo é capaz de trabalhar com qualquer material polimérico eletroluminescente.

“O conhecimento gerado sobre o comportamento desses materiais poderá ser retomado em outras categorias de polímeros eletroluminescentes, especialmente na área de sensores”, disse a orientadora da pesquisa à Agência FAPESP

Teresa aponta que os Oleds têm grande vantagem em relação aos dispositivos inorgânicos – normalmente feitos de silício – utilizados em displays de diversos aparelhos eletrônicos. Como existe uma grande variedade de polímeros com propriedades eletroluminescentes, mudanças na estrutura das moléculas possibilitam varrer todo o espectro de cores.

“Com os semicondutores inorgânicos essas possibilidades são muito mais limitadas. A vantagem da química orgânica é uma flexibilidade estrutural muito maior. O problema dos dispositivos poliméricos, no entanto, é que a estabilidade quimica não é tão boa e, portanto, a duração do dispositivo não é muito grande. Por outro lado, o brilho é muito maior”, explicou.

Os pesquisadores têm procurado meios para estabilizar e aumentar o ciclo de utilização dos dispositivos. “Já existem protótipos de TVs nas quais as moléculas eletroluminescentes substituem o cristal líquido. Isso possibilita a criação de telas com espessura de 3 milímetros, o que seria impossível com o LCD”, disse a professora do IQ da Unicamp.

No trabalho, os pesquisadores procuraram otimizar as propriedades do material, misturando um polímero eletroluminescente com outro sem essa propriedade. O resultado foi um aumento de quatro vezes na eficiência da eletroluminescência, com estabilidade maior do que no dispositivo sem a mistura polimérica.

“Estudamos uma série de aspectos relacionados à morfologia do material, como a distribuição do material luminescente sobre a matriz não-luminescente. Optamos por otimizar o dispositivo misturando os dois materiais e procuramos entender o processo e as razões dessa otimização, a fim de abrir caminho para o desenvolvimento tecnológico”, explicou.

Área maior é desafio

O grupo da Unicamp utilizou o polímero orgânico eletroluminescente conhecido como MEH-PPV. O outro material foi um polímero sintetizado pelo grupo e formado por três partes.

“Uma das partes era um poliestireno – uma matriz de baixo custo utilizada, por exemplo, em copos plásticos transparentes e réguas escolares – que não forma um bom material quando misturado ao MEH-PPV. Por isso acrescentamos uma parte de acrílico e uma parte de um grupo ácido”, explicou Teresa.

A combinação dos três blocos propiciou as características adequadas para que o material, interagindo com o MEH-PPV, aumentasse consideravelmente o rendimento do dispositivo. “A mistura criou, entre os dois materiais, interações específicas que não seriam possíveis isoladamente nem no acrílico nem no poliestireno”, disse.

Segundo a professora, esse tipo de estudo requer a utilização de múltiplas técnicas. A montagem do dispositivo é feita com um material condutor sobre uma superfície de vidro. Depois a mistura de polímeros é depositada sobre o material e o eletrodo é instalado.

“O dispositivo que fizemos é um protótipo com área de um centímetro quadrado. Uma vez concluído, uma série de aparelhos aplicam uma corrente elétrica e um sistema de espectroscopia de emissão é utilizado para medir a intensidade da luz”, disse.

A professora salientou que a instrumentação utilizada para pesquisa foi proporcionada pelas parcerias com diversos laboratórios. “Nosso grupo foi introduzido, há seis anos, no Instituto Multidisciplinar de Materiais Poliméricos (IMMP), um dos Institutos do Milênio. Isso facilitou o acesso à instrumentação necessária nessa pequisa que é altamente interdisciplinar”, afirmou.

Segundo Teresa, a pesquisa também levantou novos problemas, como o de fazer um dispositivo com uma área maior. “Outro desafio é reproduzir protótipos com alta reprodutibilidade, que permitam uma rotina de fabricação”, indicou.

O artigo Electroluminescence of (styrene-co-acrylic acid) ionomer/conjugated MEH-PPV blends, de Rafael Cossiello, Teresa Atvars e outros, pode ser lido por assinantes da Synthetic Metals em www.sciencedirect.com/science/journal/03796779.

http://www.agencia.fapesp.br/boletim_dentro.php?id=8888

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Célula solar sem silício demonstra potencial da eletrônica orgânica


Módulo solar contendo 16 células solares orgânicas interconectadas. O módulo mede 3cm x 3cm.[Imagem: Ikerlan-IK4]

Painel solar semitransparente

Engenheiros espanhóis construíram um módulo de células solares orgânicas, sem utilização de silício, que pode ser utilizado diretamente para a montagem de painéis solares semitransparentes, de mais fácil utilização na construção civil do que os grandes e pesados painéis fotovoltaicos.

A tendência para as células solares orgânicas é que elas venham a ser produzidas em processos de impressão semelhantes ao princípio de funcionamento das impressoras a jato de tinta (veja Células solares começam a ser produzidas por impressão jato de tinta).

Módulo solar orgânico

Contudo, o módulo agora demonstrado pelos pesquisadores do Instituto Ikerlan, torna possível uma abordagem intermediária, na qual os módulos de células solares orgânicas possam ser montados da mesma forma que os atuais painéis fotovoltaicos à base de silício, aproveitando a estrutura industrial existente.

O módulo solar orgânico mede 3 cm x 3 cm e contém 16 células solares individuais interconectadas. Os conectores para sua ligação em série ou em paralelo estão disponíveis nas laterais dos módulos.

Vantagens das células solares orgânicas

A grande vantagem das células solares orgânicas é a não utilização de silício, um material eficiente mas muito caro, devido à sua elevada demanda pela indústria eletrônica e de semicondutores, para a construção de processadores e chips em geral.

Além do preço, os painéis solares têm encontrado resistência junto à construção civil devido à dificuldade de sua integração na arquitetura. Ainda que alguns países já possuam legislações que obriguem o uso de painéis solares nos prédios novos, sua aplicação ainda está restrita aos telhados e terraços, onde eles não atrapalham o visual do edifício.

Como as células solares orgânicas são feitas de polímeros, sua matéria-prima é mais barata e largamente disponível, além de poderem ser fabricadas em diversas cores. Sua flexibilidade também permite a construção de painéis em formatos não-planos.

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=celula-solar-sem-silicio-demonstra-potencial-da-eletronica-organica&id=010115090323