Simulação do limiar de percolação elétrico de células orgânicas de polímero/nanotubos de carbono para aplicação em células fotovoltáicas
Ano de defesa: | 2020 |
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Universidade Federal do Maranhão
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENERGIA E AMBIENTE/CCET
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DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA QUÍMICA/CCET
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Brasil
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Resumo: | In the extent of new technologies for the use of renewable energy, photovoltaic systems are in increasing application. Thus, new materials have been explored and research has been done to advance photovoltaic technology. The latest representative of this technology are the organic cells, which are in the research and development, testing and small-scale production phase, yet have shown semiconductor potential, resulting in the responsibility of acting on light absorption, generation, separation and transport of charges. A portion of these devices are produced by mixing a conductive polymer and a fullerene derivative, mainly at the nanometer scale. Carbon nanotube conductive polymer nanocomposites have a high potential for this application where conductivity and low specific weight are required. However, the high cost of these loads impairs a thorough research of the process conditions and the study of electrical percolation, which is a decisive condition in the transformation of insulating polymer into semiconductor. In this scope, the modeling and simulation of this threshold play a very important role in the development of this field of study, besides propelling the idealization of this research, in which a study of the electrical percolation of nanocomposites made up of matrix-dispersed carbon nanotubes was performed. This research was simulated through a Monte Carlo program and supported by the excluded volume model for two - dimensional and three - dimensional matrix systems. The percolation threshold was analyzed for different aspect ratios, volume fractions and conductive load geometries. After the simulations, it was shown that the percolation threshold decreased as the aspect ratio increased. |
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The latest representative of this technology are the organic cells, which are in the research and development, testing and small-scale production phase, yet have shown semiconductor potential, resulting in the responsibility of acting on light absorption, generation, separation and transport of charges. A portion of these devices are produced by mixing a conductive polymer and a fullerene derivative, mainly at the nanometer scale. Carbon nanotube conductive polymer nanocomposites have a high potential for this application where conductivity and low specific weight are required. However, the high cost of these loads impairs a thorough research of the process conditions and the study of electrical percolation, which is a decisive condition in the transformation of insulating polymer into semiconductor. In this scope, the modeling and simulation of this threshold play a very important role in the development of this field of study, besides propelling the idealization of this research, in which a study of the electrical percolation of nanocomposites made up of matrix-dispersed carbon nanotubes was performed. This research was simulated through a Monte Carlo program and supported by the excluded volume model for two - dimensional and three - dimensional matrix systems. The percolation threshold was analyzed for different aspect ratios, volume fractions and conductive load geometries. After the simulations, it was shown that the percolation threshold decreased as the aspect ratio increased.No âmbito de novas tecnologias para o uso de energias renováveis, os sistemas fotovoltaicos encontram-se em crescente aplicação. Dessa forma, tem-se explorado novos materiais e realizado pesquisas para o avanço da tecnologia fotovoltaica. A representante mais recente desta tecnologia, as células orgânicas, estão em fase de pesquisa e desenvolvimento, testes e produção em pequena escala, porém mostraram potencial semicondutor, resultando na responsabilidade de atuar na absorção de luz, geração, separação e transporte de cargas. Uma parcela destes dispositivos é produzida pela mistura de um polímero condutor e um derivado de fulereno, principalmente em escala nanométrica. Os nanocompósitos poliméricos condutores de nanotubos de carbono apresentam um alto potencial para esta aplicação em que a condutividade e baixo peso específico são requeridas. Porém, o alto custo destas cargas impede uma melhor investigação das condições de processo e no estudo da percolação elétrica, que é uma condição decisiva na transformação do polímero isolante em semicondutor. Neste escopo, a modelagem e simulação deste limiar têm um papel de suma importância no desenvolvimento desta campo de estudo, além de ter impulsionado a idealização deste trabalho, em que foi realizado um estudo da percolação elétrica de nanocompósitos constituído por nanotubos de carbono dispersos em matriz polimérica, simulada através de um programa elaborado pelo método de Monte Carlo e apoiado ao modelo do volume excluído, para sistemas matriciais bidimensionais e tridimensionais. O limiar de percolação foi analisado para diferentes razões de aspecto, frações volumétricas e geometrias das cargas condutoras. Após as simulações, notou-se uma diminuição no limiar de percolação à medida que a razão de aspecto aumentava.Submitted by Sheila MONTEIRO (sheila.monteiro@ufma.br) on 2021-03-19T14:15:13Z No. of bitstreams: 1 JONAS-PINTO.pdf: 813050 bytes, checksum: 412f1e7ff0450d3588e3b59145055473 (MD5)Made available in DSpace on 2021-03-19T14:15:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JONAS-PINTO.pdf: 813050 bytes, checksum: 412f1e7ff0450d3588e3b59145055473 (MD5) Previous issue date: 2020-09-25application/pdfporUniversidade Federal do MaranhãoPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENERGIA E AMBIENTE/CCETUFMABrasilDEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA QUÍMICA/CCETCélulas fotovoltáicasNanotubos de carbonoSimulação, percolação elétricaPhotovoltaic cellsCarbon nanotubesSimulationElectric percolationGeração da Energia ElétricaSimulação do limiar de percolação elétrico de células orgânicas de polímero/nanotubos de carbono para aplicação em células fotovoltáicasSimulation of the electrical percolation threshold of organic polymer cells / carbon nanotubes for application in photovoltaic cellsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMAinstname:Universidade Federal do Maranhão (UFMA)instacron:UFMAORIGINALJONAS-PINTO.pdfJONAS-PINTO.pdfapplication/pdf813050http://tedebc.ufma.br:8080/bitstream/tede/3244/2/JONAS-PINTO.pdf412f1e7ff0450d3588e3b59145055473MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82255http://tedebc.ufma.br:8080/bitstream/tede/3244/1/license.txt97eeade1fce43278e63fe063657f8083MD51tede/32442021-03-19 11:15:13.987oai:tede2: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://tedebc.ufma.br/jspui/PUBhttp://tedebc.ufma.br:8080/oai/requestrepositorio@ufma.br||repositorio@ufma.bropendoar:21312021-03-19T14:15:13Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMA - Universidade Federal do Maranhão (UFMA)false |
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