Design and synthesis of small molecules for photo voltaics

Resumen

Introducción El uso de energías renovables como la solar para su transformación en energía eléctrica es una de las alternativas que se plantea para substituir el actual régimen energético basado en energía no renovable. Objetivos Capítulo 1: Desarrollo de moléculas pequeñas para células solares orgánicas. Capítulo 2: Desarrollo de moléculas pequeñas como materiales transportadores de huecos para células solares de perovskita. Resultados y discusión Capítulo 1. Moléculas pequeñas para células solares orgánicas i) Moléculas pequeñas ADA basadas en BDTBTD Se han sintetizado moléculas que presentan una arquitectura de tipo ADA, empleando, benzoditiofeno (BDT, como dador) y benzotiadiazol (BTD, como aceptor). Unidades de tiofenos han sido insertadas entre estos grupos. Los dispositivos fotovoltaicos fabricados con estos materiales y derivados de fullereno, mostraron una pobre eficiencia de conversión energética (PCE) de 0.72 para el compuesto (31). ii) Moléculas pequeñas DAD basadas en aceptores de rodanina Las arquitecturas de tipo DAD no son tan comunes como las de tipo ADA. En este aspecto, el aceptor elegido fue la rodanina ya que presenta un excelente comportamiento fotovoltaico, así descrito en la literatura. a) 1a Generación de moléculas pequeñas DAD Han sido sintetizadas una serie de moléculas DAD portando diferentes aceptores de rodanina y butiltriarilamina como dadores. Se fabricaron células solares orgánicas empleando estos materiales mezclados con fullereno. La baja eficiencia mostrada por los dispositivos fabricados (PCE de 0.25) se debe a la mezcla eficiente de D y A, impidiendo el transporte de cargas. b) 2a Generación de moléculas pequeñas DAD Manteniendo la estructura general de la 1a generación, la nueva generación fue diseñada eliminando las cadenas de butilo por otros sustituyentes de fuerza dadora variable (TPA, TPAMe, TPAOMe, y DPAOMe). El efecto del espesor de la capa activa sobre la eficiencia es crucial, alcanzando un PCE de 3.7 para las células fabricadas con 72:PC71BM en una proporción 1:3. Capítulo 2. Moléculas pequeñas para células solares de perovskita i) Hemispiro HTMs Se sintetizaron nuevos derivados de estructura semi spiránica imitando al spiroOMeTAD. Los dispositivos fabricados con 98 y 99 mostraron eficiencias moderadas con PCE de 13.5 y 14.6, respectivamente. ii) HTMs basadas en dibenzotiofeno (DBT) Una serie de compuestos usando DBT fueron sintetizados. Como dadores electrónicos se emplearon grupos de diferente intensidad dadora (por ejemplo, difenilamina, trifenilamina y fenotiazina). La actividad de los dispositivos de perovskita empleando 104¿106 como HTMs mostró valores variables de PCE, variando desde el 4.0 para 104 hasta 12.7 para 106. iii) HTMs basadas en antraditiofeno (ADT) El núcleo de antraceno con dos tiofenos fusionados dio lugar a estructura inusual de ADT, a la que se le introdujo dadores fuertes de DPA y TPA. Un PCE de 17.6 fue alcanzado por el compuesto 113 usando grupos TPA como dadores, mientras que portando DPA 112 exhibió un PCE de 12.8. iv) HTMs portando cuatro grupos dadores Se sintetizaron dos núcleos centrales (BDT, DTP), decorados con cuatro grupos de TPA. Los dispositivos preparados a partir de 116 produjeron un valor de 18.1 de PCE, sensiblemente superior que el observado para el spiroOMeTAD 17.7. La actividad del compuesto 120 fue peor, mostrando un valor de PCE de 15.6. Conclusiones Capítulo 1: Se ha sintetizado una colección de nuevas moléculas con distintas arquitecturas moleculares (ADA y DAD), actuando como dadores en células solares orgánicas. El compuesto 72 resultó ser el material que mejor comportamiento fotovoltaico mostró. Capítulo 2: Nuevas moléculas pequeñas para su uso como HTMs han sido sintetizadas, combinando el diseño de nuevos núcleos centrales con diferentes grupos dadores de electrones. El derivado 116 exhibió un PCE de 18.1, convirtiéndolo en un sólido candidato para competir con el spiroOMeTAD.