Elaboración y caracterización electro óptica de celdas fotovoltaicas orgánicas basadas en materiales Π conjugados

Abstract

In this work, organic photovoltaic cells (OPVs) in the solid state (nanometric thin films) were designed, fabricated and characterized using the bulk heterojunction architecture based on semiconductor polymers: MEH-PPV (poly [2-methoxy-5- (2 (Ethyl (4- (4-nitrostyryl) phenyl) aminoethyl) acetic acid, polyethylene glycol dimethyl ether, Poly-2- (3-hexyl-2,2-bithiophen-4-yl)) and poly-C- (2- (3- (4-nitrostyryl) phenyl) aminoethyl) -octyl-2,2-bithiophen-4-yl)); A low molecular weight molecule called M1 (6-Nitro-3- (E) -3- (4-dimethylaminophenyl) allylidene) -2,3-dihydrobenzo [d] [1,3,2] oxazaborol) and fullerene PC 61BB ([6,6] -Fenyl C61 methyl ester butyric acid) as an electron acceptor. For the devices designed, anode was used as anode to indium tin oxide (ITO), as a cathode to Wood's Metal, which is a eutectic bismuth, cadmium, tin and lead alloy with easy deposition and a PEDOT: PSS (poly 3,4-ethylenedioxythiophene) -poly (styrenesulfonate)) on the transparent side of the cell (between the ITO and the organic film) to improve the surface quality of the ITO electrode (make it smoother) and facilitate hollow extraction In the cell. Several electro-optical characterizations were made as well as morphological and structural. Finally the characterization of the fabricated cells was made by comparing the absorption spectra of the mixtures used and the IPCEs (incident photon conversion efficiencies) of the corresponding cells; In addition, current-voltage curves were measured as a function of solar irradiation using a light source that simulates solar radiation and intensity in the AM 1.5 condition (standard of solar illumination between 800 and 1000 W / m 2). From these measurements the electrical conversion efficiency η of the designed devices was estimated.

En este trabajo se diseñaron, fabricaron y caracterizaron celdas fotovoltaicas orgánicas (OPVs) en estado sólido (películas delgadas nanométricas) empleando la arquitectura de heterounión de bulto basadas en los polímeros semiconductores: MEH-PPV (poli [2-metoxi-5- (2- etilhexiloxi)-1,4-fenilenovinileno]), P3HT (poli (3- hexiltiofeno-2, 5-diyl)), poliíngrid I (aceta- to de 2(etil(4-(4-nitroestiril)fenil)aminoetilo) poli-2-(3 ́-hexil-2,2 ́-bitiofen-4-il)) y policarmen C (acetato de 2(etil(4-(4-nitroestiril) fenil) aminoetilo) poli-2-(3 ́-octil-2,2 ́-bitiofen-4-il)); una molécula de bajo peso molecular llamada M1 (6-Nitro-3-(E)-3-(4-dimetilaminofenilo) alilideno)-2,3 dihidrobenzo[d][1,3,2]-oxazaborol) y el fullereno PC 61 BM ([6,6]-Fenilo C61 ácido butírico de ester metilo) como aceptor de electrones. Para los dispositivos diseñados, se usó como ánodo al óxido de indio estaño (ITO), como cátodo al Wood’s Metal, que es una aleación eutéctica de bismuto, cadmio, estaño y plomo de fácil deposición y una película de PEDOT:PSS (poli(3,4- etilenodioxitiofeno)-poli(estirenosulfonato)) en el lado transparente de la celda (entre el ITO y la película orgánica) para mejorar la calidad de la superficie del electrodo de ITO (hacerla más lisa) y facilitar la extracción de huecos en la celda. Se realizaron diversas caracterizaciones electro ópticas así como morfológicas y estructurales. Finalmente se realizó la caracterización de las celdas fabricadas haciendo la comparación de los espectros de absorción de las mezclas usadas y los IPCEs (eficiencias de conversión del fotón incidente) de las celdas correspondientes; además se midieron las curvas corriente-voltaje como función de la irradiación solar empleando una fuente de luz que simula la radiación e intensidad solar en la condición AM 1.5 (estándar de la iluminación solar que se encuentra entre 800 a 1000 W/m 2). De estas mediciones se estimó la eficiencia de conversión eléctrica η de los dispositivos diseñados.