Desarrollo de materiales usados en la fabricación de celdas solares orgánicas

Abstract

Esta tesis de grado presenta aportes sobre los métodos de elaboración y caracterización de películas delgadas de materiales orgánicos empleados en Celdas Solares Orgánicas y muestra parte de los trabajos de adecuación infraestructural y apropiación de conocimientos necesarios para continuar y complementar la labor investigativa del Grupo de Materiales Semiconductores y Energía Solar en la línea de investigación de Celdas Solares Orgánicas. Los principales resultados obtenidos en este trabajo son: i) La adecuación infraestructural necesaria para la construcción a corto plazo de Celdas Solares Orgánicas en los laboratorios del Grupo de Materiales Semiconductores y Energía Solar ii) La evaluación de los parámetros de deposición de películas de mezcla P3HT:PC60BM (Poli(3-hexiltiofeno): Metil ester del ácido [6,6]-fenil-C61-butirico) usada como capa activa y de mezcla PEDOT:PSS (poli(3,4-etilendioxitiofeno): acido poliestirensulfónico) usadas como capa transportadora de huecos en Celdas Solares Orgánicas, mediante rutinas de deposición de spin-coating. iii) El estudio de diferentes solventes orgánicos empleados para la elaboración de películas de P3HT:PC60BM y la obtención de propiedades adecuadas utilizando el solvente mesitileno, con el cual se obtienen propiedades ópticas, estructurales y morfológicas notablemente mejores que las obtenidas mediante procedimientos tradicionales y apliamente usados. iv) La evaluación del efecto del recocido sobre las propiedades ópticas y morfológicas de películas de P3HT:PC60BM utilizando diferentes solventes. v) La confirmación de la relación existente entre las propiedades ópticas y estructurales del P3HT en películas delgadas, mostrando que las películas de P3HT:PC60BM que presentan un alto ordenamiento molecular y cristalográfico se caracterizan por una alta absorción de radiación de energía cercana a los 600nm. vi) El estudio del cambio de la resistencia eléctrica del ITO por efecto de la deposición de películas de PEDOT:PSS y la variación morfológica de las películas de dicho material ante la variación de valores de pH. vii) La corroboración teórica y experimental de la posibilidad de emplear espectroscopia Raman para caracterizar estructuralmente al P3HT en películas de P3HT solo y de mezcla P3HT:PC60BM, así como la opción de evaluar el ordenamiento molecular de películas de otros politiofenos como PEDOT.

Abstract. This work presents contributions about the elaboration and characterization methods used in thin films fabrication to organic solar cells and also shown part of the infrastructural changes and knowledge appropriation needed to follow with the investigations of organic solar cells in the Semiconducting Materials and Solar Energy Research group. The main results obtained in this work include: i) The infrastructural adequation needed to the construction of organic solar cells in a laboratory of the Semiconducting Materials and Solar Energy Research group. ii) The evaluation of the deposition parameters of films of P3HT:PC60BM (Poly(3-hexylthiophene): [6,6]-phenyl-C61-butyric methyl ester) blends used as active layer and PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene): polystyrene sulfonic acid) used as hole transport layer in organic solar cells through studing the deposition routines by spin-coating. iii) The study of different organic solvents used to elaborate P3HT:PC60BM films and the obtention of adequate properties using mesitylene as solvent. With this solvent the optical, structural and morphological properties are markedly improved compared with those obtained with traditional solvents and methods. iv) The evaluation of the effect of the annealing on the optical and morphological properties of P3HT:PC60BM films using different solvents. v) The confirmation of the relation between the optical and structural properties of P3HT thin films, showing that the blend films with high molecular ordering are characterized by higher absorption of energy around 600 nm. vi) The study of the change in the electrical resistance of ITO films due to the PEDOT:PSS films and the morphological modification of the PEDOT:PSS films with different pH values. vii) The theoretical and experimental confirmation of the possibility of use Raman spectroscopy to characterize structurally the P3HT films and the option to evaluate the molecular ordering in other polythiophenes such as PEDOT.