Nuevos sensibilizadores de rutenio-bipiridina para células solares sensibilizadas por colorante (novel ruthenium-bipyridyl sensitizers for dye-sensitized solar cells)

Resumo

El principal objetivo de esta tesis es el estudio de nuevos colorantes basados en complejos de rutenio para aplicaciones en células solares sensibilizadas por colorantes. Por lo que se van a diseñar y sintetizar nuevos complejos de rutenios, modificando sus ligandos de anclaje y secundarios, con el fin de intentar alcanzar unas eficiencias de conversión global superiores a las obtenidas hasta el momento por estos compuestos. Este trabajo se ha dividido en tres capítulos según el diferente trabajo que se ha llevado a cabo en cada momento de la realización de la tesis. En el primer capítulo se han preparado una nueva serie de complejos de rutenio, basados en los complejos C106 y CYC-B11, a los que se les ha incorporado cadenas ramificadas (2-metilhexilo y 1,1-dipropilbutilo) con el fin de mejorar su solubilidad en disolventes orgánicos y aumentar el carácter hidrofóbico de estos compuestos. Lo que se busca con esto es obtener buenos valores de eficiencia de conversión global sin necesidad de utilizar aditivos. Sus estudios fotovoltaicos en dispositivos dio muy buenos resultados alcanzando unas eficiencias del 9,1% en el caso del complejos TT207. En el segundo capítulo de esta tesis se han preparado nuevos complejos de rutenio que van a presentar en su estructura oligómeros conjugados basados en oligo(tienilenvinilenos) con el fin de mejorar las propiedades electrónicas de estos colorantes. Estos oligómeros van a presentar en su estructura un anillo de tiofeno y un grupo vinileno. Se han desarrollado dos series de estos compuestos. La primera presenta ligandos secundarios mono y bisustituidos que presentan 2 y 4 unidades de tienilenvinilenos, los anillos de tiofeno de esta serie van a presentar sustituyentes en beta con cadenas hexilo. Las medidas fotovoltaicas de los dispositivos con estos compuestos mostraron valores de eficiencias de conversión global inferiores a las esperadas, disminuyendo a medida que aumentaba el número de tienilenvinilenos en el sensibilizador. La otra serie va a estar formada por complejos de rutenio con ligandos secundarios mono- y bisustituidos por 2 unidades de tienilenvinileno cuyos anillos de tiofeno van a presentar cadenas hexilsulfuro y hexiloxilo. Las medidas fotovoltaicas de los dispositivos con estos colorantes para aplicación en células solares se encuentran todavía bajo estudio. Se espera que al presentar cadenas con grupos dadores de electrones, las eficiencias de conversión global de estos complejos sea superior a los de la serie anterior. Por último, en el tercer capítulo se ha buscado preparar nuevos complejos de rutenio que presentases ligandos de anclaje ricos en electrones mediante la utilización de espaciadores para mejorar la inyección de electrones. Primeramente se ha preparado una serie de complejos que combinan el ligando de anclaje con grupos carboxivinileno, análogo a los complejos K8 y K9, y los ligandos secundarios con anillos de tiofeno y cadenas alquílicas, análogos a los complejos C101, C106, CYC-B1 y CYC-B11. Los estudios fotovoltaicos en células solares sensibilizadas por colorante con estos complejos se encuentra todavía en proceso. Una vez obtenidos estos complejos se han preparado nuevos ligandos de anclaje con grupos carboxietinileno, carboxi-p-fenilenoetinileno y carboxi-¿-cianovinileno. Sin embargo, para estos ligandos no se han podido obtener sus correspondientes complejos de rutenio por el momento.