Tésis de Doctorado 2017-01
Jose Luis Maldonado Rivera; Julio Cesar Rivera Taco
Objetivo
Caracterizar Celdas Solares basadas en Polímeros y Moléculas Orgánicas en el laboratorio Grupo de Propiedades Ópticas de la Materia (GPOM) del Centro de Investigación Óptica A.C León, Guanajuato, México.
Resumen:
La búsqueda de fuentes de energía limpias, económicas y renovables es uno de los mayores retos que la humanidad confronta en la actualidad. Recientemente existe un notable interés por el desarrollo de la tecnología orgánica fotovoltaica (OPVs) como fuente de energía renovable ya que combina bajo costo y fácil fabricación. En este trabajo de tesis, se fabricarán y probarán celdas solares orgánicas (OPVs) usando el concepto de hetero-union de bulto. Las celdas se prepararan mezclando 6-Nitro-3-(E)-3-(4-dimethylaminophenyl)allylidene)-2,3 dihydrobenzo[d][1,3,2]-oxazaborole (C-III) y (E)-3-(4-Dimethylaminophenyl)allylidene)-2,3-dihydrobenzo[d]-[1,3,2]-oxazaborole (C-VIII), que son moléculas conjugadas de bajo peso molecular preparadas por colaboradores del CIO, con el bien conocido polímero fotoconductor MEH-PPV; se usara fullerento PC61BM como sensibilizador. Se analizara la morfología de películas delgadas poliméricas preparadas por la técnica de centrifugación usando Microscopia de Fuerza Atómica (AFM). Para los contactos eléctricos, oxido de indio estaño (ITO) comercial depositado sobre substratos de vidrio se usara como ánodo y una aleación metálica de Pb/Bi/Cd/Sn conocida comercialmente como Woods metal con punto de fusión, a 75 °C se depositara como cátodo sobre las películas poliméricas. Voltajes de circuito abierto (Voc) de ∼ 700 mV y corrientes de corto circuito (Jsc) de ∼ 0.75 mA/cm2 deberán ser obtenidos para muestras basadas en MEH-PPV bajo iluminación solar (AM1.5). Las celdas OPVs tienen que probarse bajo una fuente de Xenón.
Palabras clave
celda solar orgánica, polímero orgánico, caracterización, foto voltaico.
Problema central
Una alternativa para abaratar costos de fabricación, de producción masiva y de mínima generación de residuos es el uso de semiconductores orgánicos en sustitución del tradicional silicio. Desde el descubrimiento de los semiconductores orgánicos, ha existido un notable esfuerzo para que estos materiales puedan emular el comportamiento de dispositivos basados en substancias inorgánicas. Ejemplos de estos dispositivos son las celdas solares, los transistores de efecto de campo (FETs) y los diodos emisores de luz (LEDs).
Hipótesis planteada
Los materiales orgánicos presentan ventajas desde el punto de vista de los costos de fabricación, el posible impacto ambiental y principalmente por la posibilidad de producir dispositivos flexibles, que absorban la radiación a distintas longitudes de onda y en los que es posible modular las propiedades electrónicas haciendo uso de los recursos que proporciona la síntesis orgánica. Estas propiedades suponen un avance significativo en el diseño de dispositivos electrónicos Por tanto es necesario Fabricar y Caracterizar Celdas Solares basadas en Polímeros y Moléculas Orgánicas Depositadas por el Método Spin-Coating.
Resultados esperados
Se diseñará, fabricará y caracterizará celdas fotovoltaicas orgánicas de películas con dimensiones nano-métricas empleando diferentes materiales semiconductores y bajo la arquitectura de heterounión de volumen. Las OPVs tendrán la configuración ITO/HTL/Active-Layer/ETL/FM donde HTL = capa portadora de huecos, Active-Layer = capa activa, ETL = capa colectora de electrones y FM = Field’s metal que es un cátodo alterno de fácil y rápido depósito en condiciones libres de vacío y bajo atmósfera regular. Con base en estas celdas OPVs, se podrá desarrollar mini-módulos.
Impactos esperados
Este proyecto busca investigar, desarrollar avances tecnológicos en el campo de la industria fotovoltaica orgánica, con el objetivo de dar a conocer el uso y aplicaciones vigentes en el mercado de las celdas solares orgánicas.