Browsing by Author "Farinhas, Joana"
Now showing 1 - 4 of 4
Results Per Page
Sort Options
- Band-gap tunable thiadiazolo[3,4-g]quinoxaline derivatives as non-fullerene acceptors in organic photovoltaic cells processed from low toxic ethanol/anisole mixturesPublication . Costa, Cristiana; Farinhas, Joana; Velho, Mariana F. G.; Avo, Joao; Matos, Manuel; Galvão, Adelino; Charas, AnaThe synthesis, characterisation and application as electron-acceptors in organic photovoltaic cells of new [1,2,5]thiadiazolo[3,4-g]quinoxaline-based small molecules with oligo(ethylene oxide) solubilising groups and tunable optical bandgaps are reported. A new p-type polymer consisting of a polythiophene derivative substituted with analogous solubilising groups was also synthesised to perform as a donor, in combination with the small molecules, for bulk-heterojunction solar cells using ethanol/anisole mixtures as low toxic solvents to process the active blends. Comparison of the structural, electrochemical and photophysical properties of the small molecules elucidated on the structural dependence of their optical bandgaps, ranging from 1.31 to 2.25 eV. The active layers composed of the polythiophene donor and the small molecules showed well-intermixed morphologies, and the best performing blends showed a fibrillar-type morphology, indicative of more ordered molecular packings. Blends processed from the 50 : 50 (v/v) mixture of ethanol and a low toxic solvent, anisole, yielded low power conversion efficiencies of 0.39% in non-optimized organic solar cells. Although the efficiencies are low, these are the first reported results of OSCs with active layers composed of non-fullerene acceptors processed from ethanol-based solvent formulations. This study provides guidelines for the design of non-fullerene acceptors for the fabrication of OSCs processed from environmentally friendly solvents.
- Combined organic photovoltaic cells and ultra low power CMOS circuit for indoor light energy harvestingPublication . Batista, Duarte; Oliveira, Luis; Paulino, Nuno; Carvalho, Carlos; Oliveira, João P.; Farinhas, Joana; Charas, Ana; Mendonça Dos Santos, PedroThis paper describes an energy harvesting system composed of an organic photovoltaic cell (OPV) connected to a DC-DC converter, designed in a 130 nm Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) technology, with a quasi- maximum power point tracking (MPPT) algorithm to maximize the system efficiency, for indoor applications. OPVs are an emerging technology with potential for low cost indoor light energy harvesting. The OPV current-voltage curves (I-V) under an irradiance of solar simulator Oriel Sol 3A, at room temperature, are obtained and an accurate electrical model is derived. The energy harvesting system is subjected to four different indoor light sources: 35 W halogen, 3.5 W LED, 5 W LED, and 7 W LED, positioned at three different heights (0.45 m, 0.26 m, and 0.11 m), to evaluate the potential of the system for indoor applications. The measurements showed maximum efficiencies of 60% for 35 W halogen and 45% for 7 W LED at the highest distance (0.45 m) and between 60% (5 W LED) and 70% (35 W halogen), at the shorter distance (0.11 m). Under irradiation, the integrated CMOS circuit presented a maximum efficiency of 75.76%, which is, to the best of the authors' knowledge, the best reported power management unit (PMU) energy system using organic photovoltaic cells.
- Controlo da morfologia de filmes de polímeros com potenciais aplicações em células fotovoltaicasPublication . Farinhas, JoanaNo campo da investigação das células fotovoltaicas orgânicas, a obtenção da camada activa com morfologia “ideal” através de técnicas baratas é ainda um marco não atingido. Este trabalho visa ultrapassar as baixas eficiências que são características destas células, através do desenvolvimento de um método rápido e de baixo custo para preparar camadas activas com morfologia próxima da “ideal”. Tal método permitiu obter filmes estruturados de polímeros conjugados reticulados que constituem um dos componentes da camada activa. O método é baseado no controlo da separação de fases que ocorre durante a deposição de misturas em solução, contendo um polímero conjugado reticulável, um polímero isolador “inerte” e um agente iniciador da reacção de reticulação, por spin coating (técnica rápida e de baixo custo), sobre um substrato que poderá servir de um dos eléctrodos na célula. A posterior irradiação do filme com luz Ultravioleta e o seu aquecimento conduzem à formação de uma “rede” reticulada e insolúvel do polímero conjugado que permite remover o polímero inerte e o agente iniciador por dissolução. Sendo o filme resultante insolúvel, o outro(s) componente(s) da camada activa da célula podem ser também depositados sobre ele a partir de soluções. Foram usados três polímeros conjugados reticuláveis dreivados do poli(dioctil-fluoreno) e um polímero “inerte”, o poliestireno, com diversos pesos moleculares. Demonstrou-se que a variação de condições durante a deposição das misturas e das características das mesmas permite obter filmes com diferentes tipos de morfologia - colunar, bicontínua e porosa - com diferentes dimensões dos “motivos” de polímero. Em particular, obtiveram-se filmes com morfologia colunar, com diâmetro médio de coluna da ordem de 150-200 nm e com morfologia bicontínua com “largura” média de grão de cerca de 200 nm. Demonstrou-se que a utilização dos filmes estruturados é mais vantajosa que a de filmes não estruturados (“planos”), tendo-se obtido valores de 90 a 95% de extinção de fotoluminescência para filmes colunares de um dos polímeros, em que o aceitador de electrões foi depositado em solução. Estes valores são indicativos de um processo de dissociação dos excitões gerados no polímero conjugado muito eficiente, o que permite antever que as camadas activas preparadas possam ser aplicadas em células fotovoltaicas com morfologia optimizada.
- Solution-Processable Donor-Acceptor-Donor Oligomers with Cross-Linkable FunctionalityPublication . Brotas, Graça; Costa, Cristiana; Dias, Sandra I. G.; Costa, Pedro M. M.; Paolo, Roberto E. Di; Martins, João; Farinhas, Joana; Alcácer, Luís; Jorge Morgado; Matos, Manuel; Charas, AnaElectron-acceptor units, combined with bithiophene substituted with flexible chains end-functionalized with cross-linkable moieties, provide soluble donor-acceptor-donor (DAD) it-conjugated oligomer-type molecules with cross-linking ability and broad absorption in the visible spectrum. A study on the cross-linking conditions of the new oligomers to yield insoluble polymer networks is presented, including conditions for obtaining polymer films over poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate-covered substrates. The combination of the DAD molecular design and cross-linking functionality opens prospects for applications in solution-processed small-molecule solar cells with morphologically-stable organic layers.