Electropolimerización de Alquil y Alquiloxi derivados de tiofeno vinileno en líquidos iónicos y su potencial uso en celdas solares

Abstract

En la búsqueda de semiconductores poliméricos de fácil procesamiento para su aplicación en celdas solares orgánicas (CSO), esta tesis abordó la electropolimerización de derivados de tienilvinileno en una serie de líquidos iónicos (LIs). Los LIs son sales fundidas a temperatura ambiente y están constituidos enteramente por iones. Entre sus propiedades se destaca la baja presión de vapor y su conductividad iónica inherente, funcionando simultáneamente como solvente y electrolito de soporte; siendo una alternativa limpia en reemplazo a los compuestos orgánicos volátiles (COVs). Se sintetizó las unidades monoméricas derivadas de tienilvinileno con sustituyentes electro-dador del tipo alquilo y alquiloxi, (E)-1,2-di-(3-octil-2-tienil)vinileno (3-OTV) y (E)-1,2-di-(3-octiloxi-2-tienil)vinileno (3-OOTV), respectivamente. La incorporación del enlace vinílico entre anillos de tiofeno disminuye el carácter aromático del anillo, con el consecuente aumento en la deslocalización de los electrones π y el descenso en el desorden rotatorio entre anillos aromáticos. Mediante la incorporación de los grupos electron-dador del tipo alquilo o alquiloxi, en la posición β del anillo de tiofeno se incrementó el grado de solubilidad de los polímeros en solventes orgánicos. A su vez, se sintetizó ocho LIs basados en el catión imidazolio con variaciones en el largo de la cadena alquílica (C4mim+, C6mim+ y C8mim+) y diferentes tamaños de anión (BF4-, PF6-, NTf2- y TfO-), los cuales se caracterizaron fisicoquímicamente a través de su viscosidad, conductividad y ventana electroquímica. Los procesos de electropolimerización se desarrollaron mediante las técnicas galvanostática y potenciodinámica. Con la última técnica, se evaluó la electropolimerización en sistemas diluidos basados en LI/acetonitrilo/monómero con el objetivo de establecer el potencial de oxidación de las unidades monoméricas en los diferentes LIs. Además, se observó la naturaleza electrocrómica del polímero, siendo de color azul en su estado oxidado y de color rojo en su forma reducida. Posteriormente, se realizó el estudio en sistemas concentrados de LI/monómero a modo de obtener un mayor rendimiento polimérico para realizar pruebas en CSO y descartar el uso de COVs, no obstante, un aumento de la concentración monomérica en el LI produce un descenso en su solubilidad, siendo necesaria la adición de diclorometano. Se concluyó que la naturaleza del catión imidazol influyó favorablemente en el proceso de electropolimerización al poseer una similitud estructural aromático coplanar con los monómeros. Se determinó que el tipo de anión del LI genera variaciones en la morfología y electroactividad del polímero, puesto que durante el paso de la corriente anódica se incorporaron aniones al polímero, siendo el polímero POTV-PF6 el más electroactivo. Con ambas técnicas, galvanostática y potenciodinámica, se obtuvieron materiales poliméricos fácilmente solubles en solventes orgánicos. El polímero POTV-PF6, que se obtuvo por la técnica galvanostática, se empleó como dador de electrones en la fabricación de una CSO de heterounión en capas, donde el ánodo y cátodo fueron vidrio ITO y aluminio, respectivamente. En la fabricación de las celdas solares se empleó dos técnicas para el depósito polimérico: la evaporación al vacío y el spin-coating, posteriormente se evaluó la eficiencia de conversión energética de estos dispositivos con ayuda de un simulador solar AM 1.5. Se obtuvieron mejores resultados con el depósito polimérico que se realizó por spin-coating.