Polimerización de arilación directa C-H sin estaño para copolimeros conjugados de alta eficiencia fotovoltaica

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química de los polímeros
• Productos electrónicos orgánicos

Sus antecedentes:

• La síntesis tradicional de copolímeros fotovoltaicos se basa en la policondensación de Stille, que utiliza compuestos orgánicos tóxicos.
• Se necesitan métodos sostenibles y respetuosos con el medio ambiente para producir polímeros conjugados π de alto rendimiento para aplicaciones de celdas solares.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y demostrar una nueva metodología regioselectiva de polimerización por arilación directa C-H (DARP) para la síntesis de copolímeros fotovoltaicos.
• Comparar las propiedades y el rendimiento de los copolímeros derivados de DARP con los sintetizados mediante la policondensación tradicional de Stille.

Principales métodos:

• Polimerización directa de arylación C-H (DARP) utilizando cargas de catalizador bajas (Pd2 ((dba) 3·CHCl3, P ((2-MeOPh) 3), aditivos de ácido carboxílico y disolvente de 2-metiltetrahidrofurano.
• Síntesis de copolímeros fotovoltaicos representativos en rendimientos altos y masas moleculares.
• Caracterización de las propiedades ópticas, NMR, electroquímicas, microstruturales y morfológicas de los copolímeros derivados de DARP y Stille y sus mezclas de fullereno.

Principales resultados:

• El protocolo DARP sintetizó con éxito copolímeros fotovoltaicos con excelentes rendimientos y altas masas moleculares.
• Los copolímeros derivados de DARP exhibieron propiedades químicas, ópticas y electroquímicas prácticamente idénticas a las contrapartes derivadas de Stille, sin defectos estructurales significativos.
• Las películas de mezcla de fullereno de los copolímeros DARP y Stille mostraron microestructuras, morfologías y características de transporte de carga indistinguibles.
• Las células solares poliméricas fabricadas con copolímeros derivados de DARP lograron un rendimiento que rivalizó o superó a los materiales derivados de Stille, con una eficiencia de conversión de energía récord del 8,4% para PBDTT-FTTE.

Conclusiones:

• La metodología DARP ofrece una alternativa sostenible, respetuosa con el medio ambiente y altamente eficaz a la policondensación Stille para la producción de copolímeros fotovoltaicos de alto rendimiento.
• Los copolímeros sintetizados por DARP son estructuralmente y funcionalmente equivalentes a los fabricados por métodos tradicionales, lo que permite un alto rendimiento de las células solares.
• Este trabajo establece el DARP como una técnica viable y prometedora para la producción escalable y sostenible de materiales electrónicos orgánicos avanzados.