"Celdas Solares: oportunidades y retos en el área de electrónica molecular

Transcripción

1 13 Feria Posgrado de Calidad, Toluca, Marzo 2012 "Celdas Solares: oportunidades y retos en el área de electrónica molecular Dr. Gabriel Ramos-Ortíz Investigador Centro de Investigaciones en Óptica (CIO) León, Guanajuato, México 1

2 Celdas solares orgánicas (celdas fotovoltaicas OPVs) 2

3 Celdas solares Orgánicas Caracteristicas: Dispositivos hechos en base a moléculas orgánicas y polímeros PC 61 BM P3HT PEDOT:PSS Electrónica molecular C 60 3

4 Celdas solares Orgánicas Ventajas: Fácil procesamiento Procesables en áreas grandes y flexibles Bajo costo Posibilidad de optimizar sus propiedades mediante ingeniería molecular 4

5 Opto-electrónica molecular Moléculas y polímeros Conjugados Polímeros semiconductores Premio Nobel de Química 2000 Alan Heeger, Alan MacDiarmid ( ) and Hideki Shirakawa: 1974: Discovery of metallic conductivity in iodine doped trans-polyacetylene (CH)x 5

6 Optoelectrónica Orgánica Cátodo Pelicula orgánica Anodo Substrato La absorción de luz crea estados excitados móviles *Absorción de luz y generación de cargas *Separación de cargas *Transporte *Colección de cargas *Diodos orgánicos emisores de luz (OLEDs): Alto grado de maduración tecnológica *Celdas orgánicas fotovoltaicas (OPV s): en rápido desarrollo 6

7 OLEDs (diodos emisores de luz organicos) 7

8 OPVs (celdas fotovoltaicas orgánicas)

9 Estado del arte en el desarrollo de OPVs 9

10 Desarrollo de diferentes tecnologías 10

11 Contribuciones por año al desarrollo de OPVs Fuente:Science citation index, Palabras de busqueda: Organic solar cells, organic fotovoltaic cells 11

12 Comparación de contribuciones por año al desarrollo de Celdas solares Fuente:Science citation index,

13 Aéreas de oportunidad en México para el desarrollo de OPVs 13

14 Contribuciones por paises al desarrollo de OPVs Argentina 16 Mexico 31 Brasil 46 España 208 India 273 Korea 539 Alemania 774 Japon 881 China 1006 Estados Unidos 1503 Numero de artículos científicos Otros 1820 Total 7297 Fuente:Science citation index, Palabras de busqueda: organic solar cells, organic Photoviltaic cells y OPVs 14

15 Contribuciones en Mexico al desarrollo de celdas solares organicas Propiedades fisicoquimicas de materiales organicos con potencial en deldas organicas Celdas solares sensibilidas por pigmento (dyesensitized solar cells) OPVs Numero de artículos científicos 3 (una colaboración con Japón) 5 6 (dos en colaboración con España y una con EU) Fuente:Science citation index, Palabras de busqueda: organic solar cells, organic Photoviltaic cells y OPVs 15

16 Área de oportunidad: Desarrollo de materiales 16

17 Área de oportunidad: Desarrollo de materiales Celdas solares Hibridas Orgánicos-inorgánicas (nanoparticulas) Hibridas Orgánicos-semiconductor OPV s 17

18 Desarrollo de celdas solares en el Centro de Investigaciones en Óptica (León, Gto) Deposición de electrodos de fusión a bajas temperaturas (libre de vacio) Desarrollo en el CIO V oc = 600 mv, J sc = 7.3 ma/cm 2, ~1.8% MEH-PPV, P3HT and low molecular weight molecules 18

19 J sc (ma/cm 2 ) OPVs libres de procesamiento al vacio 0-2 = 0.19 % OPVs at CIO = 0.36 % = 1.75 % = 2.19 % MEH-PPV:PCBM P3HT:PCBM MEH-PPV:M1:PCBM P3HT:PCBM invertida Voltaje (V) 19

20 Current Density (ma/cm 2 ) J ((ma/cm 2 ) Área de oportunidad: Enseñanza La optoelectrónica orgánica se puede enseñar facilmente en laboratorios de diferentes niveles escolares OLEDs OPVs O * n * O MEH:PPV/WM Volts MEH:PPV/Ga-In Alq 3 :PS/Ga-In Ru(bpy) Alq 3 :PS/WM 3 :PVA/Ga-In Ru(bpy) 3 :PVA/WM Volts * O O * n O O Al N O N N N N N Ru N N N 20

21 Laboratorios de Espectroscopía y Materiales en el CIO Preparación de muestras Técnicas espectroscopicas Arreglos ópticos Caracterización óptica Proyecto de interés para: Físicos, químicos, ingenieros

22 22 22

23 Desarrollo de celdas solares en el Centro de Investigaciones en Óptica (León, Gto) 23