Elaboration of aqueous dispersions of conjugated polymer nanoparticles for organic photovoltaic cells

Le nanoparticelle di polimeri coniugati sono un interessante e versatile nanomateriale, che trova applicazione in diversi campi, tra i quali le celle fotovoltaiche e i diodi basati su polimeri organici (OPV e OLED). Recenti studi dimostrano che le celle OPV possono raggiungere efficienze comparabili a quelle delle celle fotovoltaiche a base di Silicio; in quest’ottica, vengono attualmente investigate diverse specie di accettori e donatori funzionalizzati chimicamente e differenti metodi di preparazione dello strato attivo, la cui morfologia può essere finemente modulata modificando il nanomateriale e la sua deposizione in strato solido, al fine di raggiungere efficienze sempre più soddisfacenti. L’obiettivo di questa tesi è la preparazione di nanoparticelle composite contenenti un donatore, il polimero coniugato PTQ10, ed un accettore: ITIC-4F, una molecola accettrice non fullerenica. Le nanoparticelle vengono preparate utilizzando la tecnica della nanoprecipitazione, sostituendo i solventi organici comunemente usati con una fase acquosa; ciò ha il vantaggio di evitare l’impiego di solventi tossici, che verrebbero poi rimossi mediante evaporazione, sfruttando l’acqua che è priva di tossicità e dando una alternativa eco-friendly per la preparazione delle celle fotovoltaiche. Per la preparazione delle nanoparticelle ci si avvale della tecnica di nanoprecipitazione, il cui procedimento viene sperimentato ed ottimizzato all’interno di questo lavoro di tesi, modulando numerosi parametri, tra i quali: concentrazione delle soluzioni, temperatura di nanoprecipitazione e di evaporazione, tempo di ultrasonicazione. L’obiettivo è l’ottenimento di nanoparticelle di dimensioni ottimali; la distribuzione di tali dimensioni viene analizzata tramite Dynamic Light Scattering (DLS). Le particelle vengono inoltre analizzate tramite TEM, SEM e fluorescenza. I risultati di questi esperimenti hanno permesso di ottenere una sospensione in mezzo acquoso di nanoparticelle composite di diametro adeguato. Inoltre, tale sospensione è stata impiegata per la preparazione di uno stato solido mediante spin-coating, preparando una OPV cell su scala di laboratorio, al fine di misurarne l’efficienza.