New materials for emerging photovoltaic and electronic technologies

Abstract

Celdas fotovoltaicas compuestas por materiales orgánicos o híbridos están recibiendo mucha atención en los últimos años como nueva alternativa para abastecer la demanda energética y sustituir aquellas no renovables procedentes de combustibles fósiles. En particular, celdas solares de perovskita y basada en la fisión del singlete han surgido como nuevos candidatos con el potencial de reducir los costes de produción y producir eficiencia de alta calidad. Celdas solares basadas en sistema de perovskita han irrumpido con eficiencias de conversión de energía ¿ 20% en los últimos 5 años. El diseño de la celda solar juega un papel fundamental para obtener altas eficiencias. Es necesario tener óptimas propiedades optoelectrónicas y electroquímica, además de alta solubilidad y procesabilidad. Y para ello, proponemos la síntesis orgánica como una herramienta útil para la generación de materiales orgánicos menos costosos para el transporte de electornes y huecos. Hasta la fecha, spiro-OMeTAD es considerado el material de referencia para el transporte de huecos, dando los mejores resultados en términos de eficiencia de conversión de energía. El objetivo de este proyecto es preparar nuevo sistemas moleculares basándonos en la morfología y estructura de spiro-OMeTAD. En este capítulo, hemos sintetizados y caracterizados una serie de materiales transportadores de huecos constituidos por un sistema para fenileno parcialmente planarizados basado en un núcleo central que incorpora grupos tetraacetales y difenilaminas como sustituyentes con alta capacidad de conducción de huecos y al mismo tiempo mantiene un bloqueo eficiente del flujo de electrones. El estudio de las propiedades optoelectrónicas y electroquímicas mostraron niveles energéticos comparables y bien alineados con el material de referencia (spiro-OMeTAD). Sin embargo las propiedades térmicas y de solubilidad corfiman que solo el JP-04 posee una estabilidad óptima y una alta solubilidad para ser incorporado como nuevo material de transporte de huecos en celdas solares. Gracias a esto, dispositivos de perovskitas de triple catión fueron fabricados incorporando JP-04 como nuevo conductor de huecos dando una eficiencia de 15.28%. En el siguiente capítulo, nos enfocamos en el estudio atómico de las propiedades optoelectrónicas de los nanogragenos, ya que el control de sus variables estructurales tales como el ancho, longitud y la introducción de heteroátomos son cruciales para explorar su potencial y sus aplicaciones, y por tanto, en este capítulo presentamos la síntesis y caracterización de una serie de estables nanografenos en forma de estrella con diámetros de hasta 6.5 nm. Estos materiales han demostrado mucho potenciañ en una amplia gama de aplicaciones que incluye electrónica, transporte de carga y conversión de energía. In particular, en celdas solares como nuevo transportador de electrones.Gracias a esto, los nanografenos se han convertido rápidamente en prometedores candidatos como una alternativa al PCBM. En este capítulo también presentamos la síntesis y caracterización de un estable nanografeno como nuevo transportador de electrones para celdas solares.Para finalizar la tesis, la celdas solares basada en la fisión del singlete han surgido como una estrategia para evitar la pérdida de energía adicional a través de la termalización en celdas solares. Hasta la fecha, los acenos ha mostrado este proceso, siendo el pentaceno quien mostró alta eficiencias. Sin embargo, su baja estabilidadfrente a condiciones atmosféricas limita su uso en celdas solares. En el último capítulo de esta tesis presentamos una familia de dímeros constituidos por más estables azaacenos fusionados con pirenos que experimentan fisión del singlete con rendimientos cuántico interno de 125% lo cuál proporciona nuevas perspectivas para los hidrocarburos aromáticos policíclicos nitrogenados.