Desarrollo de nuevos materiales orgánicos con aplicación en tecnologías de conversión de energía

Abstract

En el presente trabajo de tesis se llevó a cabo el desarrollo y estudio de nuevos materiales orgánicos que presentan utilidad práctica en sistemas de conversión de energía. Concretamente en materiales fotoelectroactivos que tengan potencial aplicación es dispositivos optoelectrónicos.Entre estos materiales, el desarrollo de esta tesis se centró en el material fotoactivo de un tipo particular de celdas solares, aquellas que funcionan bajo el principio de sensibilización espectral. Se diseñaron, sintetizaron y evaluaron sensibilizadores de simple y doble anclaje al oxido semiconductor nanoestructurado: que incluyen dos familias de compuestos derivados del grupo fluoreno, con estructuras del tipo D--A y A--D--A. Las mismas fueron estratégicamente funcionalizadas con grupos fluorados voluminosos determinándose que influyen favorablemente en la eficiencia del fotosensibilizaador. También se analizó un tercer tipo de sensibilizador (D--A)2 con la particularidad de poseer un centro con conformación spiro, el cual resultó prometedor para su aplicación en este tipo de dispositivos debido a las propiedades que le confiere dicha conformación.Se generaron materiales con capacidad de transporte de carga en dispositivos optoelectrónicos, con estructuras moleculares estratégicamente diseñadas para la generación de películas delgadas sobre materiales semiconductores a través de la utilización del método de electrodeposición. Se estudiaron dos grandes familias de compuestos que fueron diseñadas y sintetizadas con los fines anteriormente establecidos. La primera corresponde a una familia de compuestos derivados del núcleo spirobiditiofeno del tipo (D--A)2. En estos compuestos se fueron modificando sistemáticamente los grupos donores y aceptores y analizando el efecto que ello generaba en la electrodeposición y en las propiedades de las películas obtenidas. En este conjunto de sistemas se correlaciono la capacidad de electrodeposición y propiedades morfológicas y optoelectrónicas de las películas obtenidas con sus características estructurales. Las películas electrogeneradas poseen buena capacidad de transporte de carga y una movilidad de huecos similares a los materiales que se utilizan actualmente en dispositivos optoelectrónico, lo que indica que las películas poliméricas logradas poseen un elevado potencial para ser aplicadas en el diseño y construcción de dispositivos electroópticos orgánicos.

In this Thesis, the development and study of new organic materials useful in energetic conversion systems were made. Specifically, photoelectroactive materials with potential application in optoelectronic devices were studied. One particular kind of solar cells based on photoactive materials that work under spectral sensitization principle was explored. Design, synthesis, and evaluation of simple and double sensitizer linked to the nanostructured semiconductor oxide were made. Determination of the effect generated by functionalization using large fluorinated groups derived from fluorine (D--A y A--D--A structures) was studied. Another kind of sensitizer (D--A)2 containing a center with spiro conformation shown potential to be applied in Dye sensitized solar cells devices due to the properties given by the particular conformation. Also, materials with capacity for transport of charge in optoelectronic devices were generated, with strategically designed molecular structures that allow their deposition in the form of films by means of electrochemical methods. In this sense, two compounds families were designed, synthesized and studied to obtain materials able to make electrodeposition process in thin film form. On one hand, we work using derivates from spirobidithiophene (D--A), making modifications with donor and acceptor groups. On another hand, conjugated dendrimers with redox centers were explored. In both cases, the electrodeposition capacity and morphological/optoelectronic properties of the obtained films are correlated to their structural characteristics. The electrogenerated films have good load carrying capacity and mobility of voids similar to the materials currently used in optoelectronic devices, which indicates that the polymer films achieved have a high potential to be applied in the design and construction of organic optoelectronic devices.