Conocimientos computacionales sobre aceptores de núcleos de ftalimida sin fullereno para celdas solares orgánicas de...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Las instalaciones fotovoltaicas
• Productos electrónicos orgánicos

Sus antecedentes:

• Los aceptores de fullereno tradicionales en células solares orgánicas (OSC) presentan limitaciones en la sintonizabilidad, los espectros de absorción y la estabilidad morfológica, lo que dificulta la eficiencia del dispositivo.
• Los aceptores de no fullereno (NFA) ofrecen niveles de energía ajustables y una amplia absorción óptica, emergiendo como una alternativa prometedora para los OSC de alto rendimiento.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y evaluar de forma computacional nuevas moléculas donantes-acceptoras basadas en el núcleo de ftalimida como potenciales NFA para las OSC.
• Evaluar sistemáticamente los parámetros fotovoltaicos e identificar las moléculas con características de rendimiento superiores.

Principales métodos:

• Cálculos de la teoría de la función de densidad (DFT) y de la DFT dependiente del tiempo (TD-DFT) utilizando el nivel B3LYP/6-31G ((d,p).
• Evaluación de los parámetros fotovoltaicos clave, incluida la brecha de banda, las energías orbitales de frontera, los espectros de absorción, la eficiencia de recolección de luz (LHE), las energías de reorganización (λe, λh), los momentos dipolo, el voltaje de circuito abierto (Voc) y el factor de llenado (FF).

Principales resultados:

• Se diseñaron siete nuevas moléculas donantes-aceptantes (BPDM1-BPDM7), que exhiben espacios estrechos de banda (1.84-2.18 eV) y absorción desplazada hacia el rojo (681-829 nm).
• BPDM3 mostró la brecha de banda más baja (1,84 eV). BPDM7 demostró el mayor momento dipolo (3,88 D), voltaje de circuito abierto (Voc) (1,93 V) y factor de llenado (FF) (92,96%).
• BPDM4 exhibió las energías de reorganización más bajas (λe, λh), lo que indica una movilidad de carga superior. La reducción de las energías de unión de los excitones sugiere una mayor separación de cargas.

Conclusiones:

• Los NFA diseñados a base de ftalimida muestran un potencial significativo para las células solares orgánicas de alta eficiencia.
• El estudio proporciona una base teórica para el diseño racional y el desarrollo experimental de los NFA de próxima generación.
• Estos hallazgos allanan el camino para superar las limitaciones de los aceptores basados en fullereno en la tecnología OSC.