Síntesis y caracterización de politiofenos disustituidos regioregulares para aplicación en celdas solares orgánicas

Abstract

La necesidad de buscar alternativas energéticas limpias para suplir las necesidades de la humanidad en el futuro, ha llevado a la ciencia a considerar fuentes como el viento y el sol, por las innumerables ventajas que tienen al ser renovables y permanentes. Para aprovecharlas es importante el desarrollo de aplicaciones prácticas que permitan su masificación, razón por la cual se propone la síntesis de materiales semiconductores orgánicos que puedan utilizarse en dispositivos fotovoltaicos que sean más accesibles y eficientes a los que se usan hoy en día. El presente trabajo tiene como objetivo la síntesis de materiales semiconductores con aplicaciones fotovoltaicas, dirigidos a dispositivos que sean de menor costo al del actual. En este se muestran los resultados de la síntesis del poli-3,4-diisobutoxitiofeno mediante la polimerización oxidativa de su monómero, y cuya estructura fue corroborada mediante RMN, MALDI-TOF y FT-IR. Se obtuvieron como resultados de su caracterización óptica un ancho de banda de bajo valor (Eg=1.98-2.06 eV) y baja eficiencia de fluorescencia (Φ= 0.0056). Se hizo la polimerización electroquímica del monómero sobre tres electrodos diferentes obteniéndose que el sustrato sobre el cual se electropolimeriza más favorablemente es sobre FTO. Estas excelentes propiedades encontradas abren la posibilidad de que este material pueda ser utilizado en celdas solares orgánicas como material tipo p dentro de la capa activa. Adicionalmente, el bajo costo de su síntesis (aproximadamente $650.000.oo por 0.20g) lo hace un material con potencial en la fabricación de dispositivos de menor costo. El estudio de las películas depositadas por spin coating de mezcla poli-3,4-diisobutoxitiofeno y PCBM, los cuales actúan como material tipo p y n, respectivamente, dentro de la capa activa, muestra que estas deben formarse a bajas velocidades y se les debe hacer un tratamiento térmico a 80°C para lograr la reorganización de los sustituyentes alcoxi del polímero, lo cual mejora la absorción de luz visible y se disminuye la eficiencia de fluorescencia de la mezcla, probando así una buena interacción entre los dos materiales.

Abstract: The need to find clean energy alternatives meeting the needs of humanity in the future has led the scientists take into consideration sources such as wind and sun due to their advantages being clean, renewable and over all permanent. In order to take advantage of them the development of practical applications for its massification plays an important role in the research. For this reason we propose that the synthesis of organic semiconductor materials which can be used in photovoltaic devices can be more accessible and efficient than those used nowadays. The present work aims the synthesis of semiconducting materials with photovoltaic applications targeted at devices cheaper than the current costs. It shows the results of the synthesis of poly-3,4-diisobutoxythiophene by oxidative polymerization of the monomer, whose structure was confirmed by NMR, MOLDI-TOF and FT-IR. With optical characterization methods results for low bandwidth (Eg = 1.98-2.06 eV) and low fluorescence (Φ = 0.0056) were obtained. The monomer electropolymerization was made under three electrodes, was founded that the best substrate for these was the FTO electrode. These excellent properties founded, open the possibility that this material can be used in organic solar cells as p-type material in the active layer and on top of that the low synthesis costs (approximately $ 650.000.oo COP per 0.20 g) makes it a potential material in the manufacture of low cost devices. The study of depositing the films by spin coating of mixture of poly-3,4-diisobutoxythiophene and PCBM acting as p and n-type material within the active layer, respectively, shows that they have to be formed at low speeds as well as being annealed at 80°C for remodeling the alkoxy chains of the polymer, in order to on the one hand enhance the absorption in the visible light spectrum and on the other hand to decrease the fluorescence of the mixture, which in that way proves a good interaction between both materials.