Nanotecnologia

Celdas Solares Fotovoltaicas con Poli3-octiltiofeno Como Semiconductor tipo-p Hailin Zhao Hu Centro de Investigación en Energía, UNAM hzh@cie.unam.mx
Colaboradores en el tema: Dra. Ma.Elena Nicho Díaz (CIICAp-UAEM) Dr. P.K.Nair y Dra. M.T.S.Nair (CIE) Dra. Marina Rincón (CIE), Dr. Antonio Jiménez (CIE) Estudiantes (2003-): Oscar Salinas, Cecilia López, Ma.Concepción Arenas, Hugo Cortina, NarcizoMendoza, Edwin Pineda.

Motivación de la investigación en celdas solares plásticas:
•Tecnologías de baja temperatura => Menor costo de producción. •Investigación de nuevos materiales optoelectrónicos.

Desventajas:
•Baja eficiencia de conversión. •Inestabilidad de los materiales orgánicos.

Poli3-octiltiofeno (P3OT), Poli3-hexiltiofeno (P3HT), etc.
H C H H C C C

Grupo funcional delmonómero: Para el 3-octiltiofeno: C8H17 Para el 3-hexiltiofeno: C6H13
100 2.0

C

S

CdS: (α dhυ ) (eV)

2

n

80 60

P3OT

1.5

•Polímeros solubles •Semiconductor de banda ancha (2 eV)

1.0 40 20 0 1.2 0.5

1.6

2.0

2.4

2.8

0.0 3.2

Photon Energy (eV)

P3PT: Absorbance (arb.unit)

CdS

2

CdS thin films by chemical bath deposition (Nair et al):Cd(NO3)2 0.1 M Citrato de Sodio 1M NH4OH 15 M Tiourea 1M Agua Destilada Total 25 ml 15 ml 2 ml 5 ml 53 ml 100 ml

conductive ITO/glass.

At 60 oC for 3 hrs ⇒Films of ∼200 nm of thickness. At 75 ºC for 1 hrs ⇒Films of ~100 nm.

Polimerización de 3-octiltiofeno o 3-hexiltiofeno (María Elena Nicho):

+ Iron salt

S

S

n

•1.8 g (0.0111 mol) FeCl3 in 100 ml CHCl3. •2.45 g (0.0125 mol)distilled and cold octylthiophene in 30 ml CHCl3. •Stir the mixture for 24 h. •Put the mixture in 500 ml methanol. •Filter the mixture with Buchner funnel. •Wash the precipitate with methanol, HCl (10%), distilled water and acetone. •Dry the product (black powder). •Dissolve in toluene or CHCl3. •FT-IR and MNR characterizations confirm the P3OT or P3HT product.

Dra. Ma.Elena Nicho’s Lab. inCIICAp-UAEM

(a) sample A (FeCl3 97.5%)

(b) sample B (FeCl3 99.9%)

7.10

7.05

7.00

6.95

6.90

7.10

7.05

7.00

6.95

6.90

3.0

2.9

2.8

2.7

2.6

2.5

2.4

3.0

2.9

2.8

2.7

2.6

2.5

2.4

7
1

6

5

4

3

2

1

7

6

5

4

3

2

1

ppm

ppm

H NMR spectra of poly(3-octyl-thiophene) products synthesised withthe anhydrous FeCl3 of different purity: (a) 97.5 % and (b) 99.9 %.
Polymer sample (FeCl3%) A(97.5%) B(99.9%) Configuration of dyads (%) HT 77 79 HH 23 21 Configuration of triads (%) HT-HT 40 59 HT-TT 19 17 HT-HH 23 15 TT-HH 18 9 Molecular weight Mn (g/mol) 4463 10711 Mw 11166 37277 PD 2.502 3.480

Regioregularity and molecular weight measurements of P3OT samples.
Ref. C. López-Mata, M.E.Nicho, Hailin Hu, G. Cadenas-Pliego, E. García-Hernández, Thin Solid Films 490 (2005) 189 – 195

P3AT:

CnH2n+1

P3OT: n=8 P3HT: n=6

S

n

(a) P3HT

(b) P3OT

M. E. Nicho*, F. Hernández, H. Hu, G. Medrano, M. Güizado and J.A. Guerrero, Solar Energy Materials & Solar Cells 93(2009) 37-40.

1.2
0.04

P3HT
P3HT P3OT

1.0
0.02

0.8

Absorbance

0.00

0.8

1.2

1.62.0

0.6
P3OT

0.4 0.2 0.0 0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

Photon energy (eV)

M. E. Nicho*, F. Hernández, H. Hu, G. Medrano, M. Güizado and J.A. Guerrero, SEMSC 2008, aceptado.

Películas por goteo ( 0.7-15 µm) y por spin-coating (50-600 nm)

+ Au P3OT (spin-coating) CdS Baño Químico ITO Glass Substrate

0.6
0.05 0.04 0.03 0.02
e d c

0.5

e
b a0.4

0.01 0.00 -0.01

Absorbance

0.3

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

d c b a

0.2

Spin-coated pristine P3OT films from with different polymer solution concentration in toluene : (d) 5 , (b) 10, (c) 15, (d) 20 (e) and (e) 30 mg/ml.

0.1

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Photon Energy (eV)

Diagrama de niveles energéticos
Vacuum level: 0 3.5 4.5...