Design and Synthesis of Small Molecules for Organic and Grätzel Solar Cells

Abstract

El creixement de la població i dels nous països emergents fa que el consum energètic es dispari. Tota la població depèn d’aquest consum i com a conseqüència es depèn de les reserves de combustibles fòssils disponibles.

Una de les fonts d’energia no esgotable i que proveu a la terra d’una gran quantitat d’energia es el Sol. Aquesta Energia ja està sent explotada amb la utilització de panells solars basades en silici. No obstant degut al seu alt cost de fabricació no poden competir amb les fonts d’energia ja existents. Per tant, noves investigacions en alternatives han estat àmpliament estudiades.

Unes de les alternatives que han estat àmpliament estudiades durant aquests anys han estat les cel·les sensitivitzades amb colorant (DSSC) i les cel·les orgàniques (OPV). Les bases i el funcionament d’aquests dos tipus de dispositius es mostren en el capítol 1.

El principal estudi d’aquesta tesis es centra en el disseny i la síntesis de nous colorants per aquest tipus de dispositius. Aquests colorants tenen un paper molt important en aquests dispositius i moltes vegades la seva eficiència deriva de l’estructura d’aquests colorants degut a les reaccions que es produeixen en els dispositius.

En el Capítol 3 i 4 es presenta el disseny de dos tipus de colorants pel que fa a les cel·les sensitivitzades amb colorant (DSSC). En el capítol 3 es tracta de noves molècules orgàniques amb estructura D-π-A àmpliament estudiades com a alternativa als complexes de ruteni. En el capítol 4 les molècules sintetitzades també per DSSC són una família de porfirines, les quals són les que actualment estan mostrant més eficiència.

Per una altra banda en el capítol 5 s’ha sintetitzat també una porfirina però en aquest cas per estudiar la seva aplicabilitat en les cel·les solars orgàniques (OPV).

El Crecimiento de la población I de nuevos países emergentes hace que el consume energético se dispare. Toda la población depende de este consume I como consecuencia se depende de las reservas de combustibles fósiles disponibles.

Una de las Fuentes de energía no agotable y que suministra a la tierra de una gran cantidad de energía es el Sol. Esta energía ya está siendo explotada con la utilización de paneles solares basados en Silicio. Sin embargo, debido a su elevado coste de fabricación no pueden competir con fuentes de energía ya existentes. Por lo tanto, nuevas investigaciones en alternativas han estado estudiadas.

Una de las alternativas que han sido más estudiadas son las Celdas sensitibizadas con colorante (DSSC) i las Celdas Orgánicas (OPV). Las bases y su funcionamiento se muestran en el capítulo 1.

El principal estudio de esta tesis se centra en el diseño y la síntesis de nuevos colorantes para estos tipos de dispositivos. Estos colorantes tienen un papel muy importante en estos dispositivos y muchas veces su eficiencia deriva de la estructura del colorante debido a reacciones que se producen en el dispositivo.

En el Capítulo 3 y 4 se presenta el diseño de dos tipos de colorantes para las celdas sensitibizadas con colorante. En el Capítulo 3 se muestran moléculas orgánicas con estructura D--A que han sido ampliamente estudiadas como alternativa a los complejos de rutenio. En el capítulo 4 una familia de porfirinas ha sido sintetizada debido a los prometedores resultados mostrados siendo en la actualidad las moléculas que dan más eficiencia. En el Capítulo 5 en cambio se ha sintetizado una porfirina, pero en este caso para estudiar su aplicabilidad en las celdas orgánicas (OPV)

The population is growing and the consumption of energy is dramatically increasing. All the population depends on this energy and are using fossil fuels available. One of this renewable source that gives to the earth a huge amount of energy is the sun. This source is exploited nowadays with photovoltaic devices based in silicon. However due to their high cost of production is not an alternative comparing with the existent sources. For this reason scientists of the entire world are working hard in the development of alternative devices in order to reduce the cost, decrease the contamination and increase the efficiencies among others. Some of alternatives that have been widely studied during the last years have been the Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) and Organic Solar Cells (OPV). Basic principles of these devices are showed in Chapter 1. Principally the study of this thesis was focused in the design and synthesis of new sensitizers for these devices. These sensitizers play an important role in these devices and many times their structure depends on the efficiency of the device. In Chapter 3 and 4 the design and synthesis of two kinds of sensitizers and their applicability in DSSC is showed. In chapter 3 the sensitizers are organic dyes with a structure of D-π-A widely studied as alternative to the ruthenium complexes. In chapter 4 another family of sensitizers have been synthesized and also their applicability in DSSC has been studied. In this chapter the molecules are a family of porphyrins that are the molecules that nowadays are showing the most efficiency. On the other hand in Chapter 5 a new porphyrin has been synthesized but in this case to study their applicability in Organic solar Cells (OPV)