Las células solares de perovskita representan la última generación de dispositivos fotovoltaicos que han mostrado una progresión significativa en los valores de eficiencia en un corto periodo de tiempo, convirtiéndose en una importante tecnología emergente para la industria de la energía solar.

Estructura y capas interfaciales

La estructura de una célula solar de perovskita consta de varias láminas delgadas apiladas entre dos electrodos. La capa activa de perovskita está flanqueada por dos capas interfaciales para el transporte selectivo de huecos y electrones.

La investigación acerca de las capas interfaciales es uno de los aspectos que en mayor medida ha contribuido al progreso de las células solares de perovskita. Dichas capas han de reunir ciertos requisitos en términos de estructura electrónica, organización en estado sólido y morfología de película para convertirse en materiales idóneos que cumplan con la función de capa protectora y transportadora de carga.

Proyecto: Autoensamblaje bidimensional

Dado que los materiales orgánicos son sólidos inherentemente desordenados, y esto repercute en el transporte de carga, planteamos un proyecto que aborda la posibilidad de inducir un ordenamiento espontáneo mediante procesos de autoensamblaje, a partir del diseño racional de materiales moleculares.

Para ello, proponemos la síntesis de moléculas poliheteroaromáticas que incorporen centros dadores y aceptores de enlaces de hidrógeno integrados en el sistema conjugado. El objetivo del diseño molecular es desarrollar materiales autoensamblados bidimensionalmente mediante una aproximación sintética basada en moléculas con simetría C3h.

La estructura conjugada de las unidades moleculares autoensambladas llevaría a la formación espontánea de una estructura supramolecular expandida que reforzaría las interacciones cara-cara entre los planos autoensamblados y promovería la formación de estructuras multilaminares por apilamiento de capas autoensambladas.

La interacción en el apilamiento favorecería el contacto de los orbitales moleculares entre capas que se traduciría en un mejor transporte de carga. Además, si la estructura bidimensional se expande adecuadamente, el apilamiento multicapa llevaría a una mejor cobertura de la película.

Aplicación a moléculas π-expandidas

Esta estrategia se aplicará a moléculas π-expandidas tanto para el transporte de huecos, como de electrones, de manera que pueda ser validada en las dos regiones interfaciales de la célula solar.

Investigación del autoensamblaje bidimensional

La investigación del autoensamblaje bidimensional implicará un exhaustivo protocolo de caracterización comprendiendo tanto la elucidación estructural de las moléculas sintetizadas como la caracterización de la estructura cristalina, determinación de la estructura electrónica y los parámetros de transporte de carga y la optimización de las moléculas como capa trasportadora de carga en dispositivos electrónicos (transistores, dispositivos unipolares y células solares).

Aprobación sin precedentes

Esta aproximación sin precedentes en el desarrollo de capas interfaciales para células solares, ligada a la química supramolecular, ingeniería cristalina y materiales bidimensionales, podría ser una faceta prometedora a explorar en electrónica orgánica.