Synthetic approaches for the development of organic molecules and their application in solar cells

Abstract

L'energia solar fotovoltaica destaca com una alternativa superior entre les fonts d'energia renovable, realitzant la major contribució en diversos sectors incloent el transport, els edificis i la generació d'energia. A més, l'adopció de la tecnologia fotovoltaica solar condueix a una reducció significativa de les emissions generades pels combustibles fòssils. Els esforços recents en el camp s'han centrat en les cel·les solars de perovskita, que típicament consisteixen en un material de perovskita que absorbeix la llum, materials de transport de càrrega i elèctrodes metàl·lics. Entre aquests components, els materials de transport de càrrega juguen un paper crític en el transport i la separació de portadors de càrrega dins del dispositiu. Malgrat els recents avenços, persisteixen desafiaments en la seva comercialització a causa del seu baix rendiment i escassa estabilitat. Per tant, aquesta tesi té com a objectiu desenvolupar noves molècules orgàniques petites a través de rutes sintètiques simples utilitzant materials de partida econòmics i processos de purificació senzills. Posteriorment, s’han utilitzat com a materials de transport de buits en cel·les solars de perovskita per investigar la complexa relació entre la seva estructura molecular i el rendiment del dispositiu. La recerca busca obtenir una comprensió fonamental de les característiques essencials requerides pels materials de transport de buits efectius per aconseguir dispositius solars de perovskita estables i d'alt rendiment, avançant així en els esforços de comercialització.

La energía solar fotovoltaica destaca como una alternativa superior entre las fuentes de energía renovable, realizando la mayor contribución en diversos sectores el transporte, los edificios y la generación de energía. Además, la adopción de la tecnología fotovoltaica solar conduce a una reducción significativa de las emisiones generadas por los combustibles fósiles. Los esfuerzos recientes en el campo se han centrado en las células solares de perovskita, las cuales típicamente consisten en un material de perovskita que absorbe la luz, materiales de transporte de carga y electrodos metálicos. Entre estos componentes, los materiales de transporte de carga desempeñan un papel crítico en el transporte y la separación de portadores de carga dentro del dispositivo de perovskita. A pesar de los recientes avances, persisten desafíos en su comercialización debido a su bajo rendimiento y escasa estabilidad. Por lo tanto, esta tesis tiene como objetivo desarrollar nuevas moléculas orgánicas pequeñas a través de rutas sintéticas simples utilizando materiales de partida económicos y procesos de purificación sencillos. Posteriormente, se han aplicado como materiales de transporte de huecos en células solares de perovskita para investigar la compleja relación entre su estructura molecular y el rendimiento del dispositivo. La investigación busca obtener una comprensión fundamental de las características requeridas para materiales de transporte de huecos efectivos, con el fin de lograr dispositivos solares de perovskita estables y de alto rendimiento, avanzando así en los esfuerzos de comercialización.

Solar photovoltaics stand out as a superior alternative among renewable energy sources, making the highest contribution across various sectors including transport, buildings, and power generation. Furthermore, the adoption of solar photovoltaic technology leads to a significant reduction in the emissions generated by fossil fuels. Recent efforts in the field have focused on perovskite solar cells, which typically consist of a light-absorbing perovskite material, charge-transporting materials, and metallic electrodes. Among these components, charge-transporting play a critical role in the transport and separation of charge carriers within the perovskite device. Despite significant advancements in developing cost-effective perovskite technologies with high performance, challenges remain in their commercialisation due to their low-performance and poor stability. Therefore, this thesis aims to develop new organic small molecules through simple synthetic routes utilising inexpensive starting materials and easy purification processes. They have been applied as hole-transporting materials in perovskite solar cells to investigate the complex relationship between their molecular structure and device performance. Additionally, the research aims to gain a fundamental understanding of the essential characteristics required for effective hole-transporting materials to achieve stable and high-performance perovskite solar devices, thereby advancing their commercialization efforts.