1 1

2

Campo multidisciplinario

Participantes:

CIO-GPOM Titulares:

Dr. Oracio Barbosa Dr. Mario Rodríguez Dr. Gabriel Ramos

Dr. Antonio Meneses Dr. José Luis Maldonado

Postdoctorantes: Dr. Enrique Pérez

Dra. Rosario Galindo Dr. Arián Espinosa Varios Estudiantes

FQ-UNAM

Dr. Héctor García Dr. Norberto Farfán

CINVESTAV Dra. Giovana Granados

Dra. Rosa Santillan Dr. Eusebio Juaristi

UAM (España) Dr. Tomás Torres

Celdas solares

3 3 3 3

Fuentes de energía alternas: Renovables, económicas, limpias

Motivación

4 4

Mercado: nichos potenciales

Prototipo de mochila con celdas OPVs desarrollada por SOLARMER

Flexibilidad y ligereza

Transparencia (Ventanas y electrodos

transparentes)

Economía

J.F. Salinas ,…, J.L. Maldonado , and A. K.-Y. Jen Adv. Mater. 24, 6362 (2012)

5 5

Países líderes en sistemas PV

• “Programa de Fomento de Sistemas Fotovoltaicos en México (ProSolar) “, 2012 Cooperación técnica entre México y Alemania: SENER-GIZ (Cooperación alemana al desarrollo)

7 Países: 87 % de la capacidad PV mundial!

6 6

Energía PV en México

• “3 dilemas. Un diagnóstico para el futuro energético de México”, 2013: http://reddecompetencia.cidac.org Centro de Investigación para el Desarrollo, A.C. (CIDAC)

Programa de Sistemas Fotovoltaicos en México SENER:GIZ-GTCo

7

1) Química: Síntesis de nuevos materiales orgánicos capaces de absorber la mayor cantidad de luz solar

(químicos y ciencias de materiales)

2) Dispositivos: Aumento de la eficiencia y tiempo de vida novedosas arquitecturas e ingenierías

(ingenieros y físicos)

3) Física: Comprensión fundamental de los fenómenos físico-químicos. Óptica ultrarrápida (láseres)

(ópticos y físicos) (CIO también tiene estas capacidades: LOU)

Celdas OPVs Comunidad científica

23/05/2014 8

DYE SENSITIZED SOLAR CELLS (DSSC): Hybrids of nano-porous metal oxides, TiO2, and organic dyes, with solution

electrolytes. Electrochemical cells.

SMALL MOLECULE ORGANIC SOLAR CELLS: Made by vacuum deposition.

POLYMER SOLAR CELLS: Made by solution, low processing.

THEY FACE SIMILAR CHALLENGES: To increase efficiency and stability

To develop a technology for large areas

•1975: η = 0.001% • 1986: η = 1.0% • 2006: η = 5.5% • 2009: η = 6.1% • 2012: η = 10.0%

Celdas solares orgánicas Tres tipos

9 9

Estructura general: celda OPV

10

Celda OPVs

100 % ×=inc

scoc

IFFJVη

Substrate

Anode

Cathode

HhνHhν

OLED OPV

Organic layer- +

scoc

max

scoc

mm

JVP

JVJVFF ==

11 11

Progresos de Eficiencia, CIO

PFN

ITO/PEDOT:PSS/PTB7:PC71BM (1:1.5)/PFN/FM

5% de eficiencia

12

Sistema de deposición al vacío: Orgánicos e inorgánicos + cajas de guantes

Thin films • 4 sources for inorganics (metals)

• 4 sources for organics

• Inert atmosphere • Sample thickness

• Topography • Morphology

13 13

Publicaciones internacionales (con FI)

Resultados

* Articulos publicados/aceptados: 5 • “New polythiophene derivatives and enhanced photovoltaic effect by a boron compound blended with them in OPVs cells” J.-A. Del-Oso, J.L. Maldonado, G. Ramos-Ortíz, M. Rodríguez, M. Güizado-Rodríguez, J. Escalante, B. A. Frontana-Uribe, E. Pérez-Gutiérrez, R. Santillan Synthetic Met. Casi aceptado (2014). • “Titanium oxide:fullerene composite films as electron collector layer in organic solar cells and the use of an easy-deposition cathode” E. Pérez-Gutiérrez, J.L. Maldonado, J. Nolasco, G. Ramos-Ortíz, M. Rodríguez, U. Mendoza-De la Torre, M.A. Meneses-Nava, O. Barbosa-García, H. García-Ortega, N. Farfán, G. Granados, R. Santillan, E. Juaristi Opt. Mater. 36, 1336–1341 (2014). • “Polymer/cathode interface barrier limiting the open circuit voltage in polymer:fullerene organic bulk heterojunction solar cells: a quantitative analysis” J.C. Nolasco, G. Ramos-Ortiz, J.L. Maldonado, O. Barbosa-Garcia, B. Ecker, E. Von Hauff Appl. Phys. Lett. 104, 043308 (2014). • “Optical design of transparent thin metal electrodes to enhance in-coupling and trapping of light in flexible polymer solar cells” J.-F. Salinas, H.-L. Yip, C.-C. Chueh, C.-Z. Li, J.L. Maldonado, A. K.-Y. Jen. Adv. Mater. 24, 6362–6367 (2012). • “Synthesis, X-ray diffraction analysis, and chemical-optical characterizations of boron complexes from bidentate ligands” M. Rodríguez, J.L. Maldonado, G. Ramos-Ortíz, O. Domínguez, M.E. Ochoa, R. Santillan, N. Farfán, M.A. Meneses-Nava, O. Barbosa-García. Polyhedron 43, 194–200 (2012).

* Manuscritos en preparación: 4

14 14

Difusión (Prensa, Radio y TV)

Resultados

* Articulos árbitrados divulgación: 2 (más una muy amplia difusión local y nacional): • “Celdas solares orgánicas como fuente de energía sustentable” O. Barbosa-García, J.L. Maldonado, G. Ramos-Ortíz, M. Rodríguez, E. Pérez-Gutiérrez, M. A. Meneses-Nava, J.L. Pichardo, N. Ornelas, P.L. López de Alba Acta Universitaria (U. de Gto.) 22, 36-48 (2012) http://www.actauniversitaria.ugto.mx/index.php/acta/article/view/330 • “Fuente alterna de energía renovable: Celdas solares orgánicas” E. Pérez-Gutiérrez y J.L. Maldonado Entreciencias (ENES-UNAM) 1(1), 29-48 (2013) http://www.entreciencias.enes.unam.mx/ciencias-exactas-e-ingenierias/fuente-alterna-de-energia-renovable-celdas-solares-organicas/

15 15

Recursos humanos y postdoctorantes

Resultados

* Estudiantes graduados: 1 doctoral, 3 licenciatura Dr. Francisco Salinas (Estancia en la U. de Washington), Quím. Jenith Mónica Castro, Quím. Bibiana González, Quím. Pablo Aguilar Herrera,

* Estudiantes por graduarse (3 doctorales, 1 Maestría, 3 licenciatura) M. en Quím. Álvaro Romero M. en Ing. Armando Alvarez M. en C. Denisse Barreiro Fís. Eduardo Nava Arpad Enéndi Leonardo López (CINVESTAV) Luis Abraham Otros en colaboración

* 5 postdoctorantes recibiendo (o que recibieron) apoyo: Dr. Enrique Pérez (vigente) (Visita en la U. de Washington) Dr. Jairo Nolasco (Visita a España y Alemania) Dra. Rosario Galindo (vigente) Dr. Arián Espinosa (vigente) Dr. Alberto Jerezano (UNAM)

Diversos estudiantes de Verano y estancias de Investigación

16 16

Cursos

Resultados

* " Introducción a los materiales, métodos de fabricación y técnicas de caracterización usadas

en el desarrollo de sistemas fotovoltaicos orgánicos (OPVs): la química y la física" Dr. Mario Rodríguez y Dr. Jairo Nolasco 22 y 23 de noviembre del 2012, CIO. 24 Estudiantes de diversas instituciones

* “Celdas Solares Orgánicas: Principios Físico-Químicos y Métodos de Caracterización“ Dr. Enrique Pérez, Dr. Arián Espínosa y Dra. Rosario Galindo 28-30 de mayo del 2014, CIO. 40 participantes de diversas instituciones

17 17

Resultados

Encendido de leds y pequeños motores

18 18

Congresos y charlas

* Sociedad Mexicana de Física, octubre 2012, Morelia, Michoacan

* RIAO/Optilas, Oporto Portugal, julio 2013

* IICO-UASLP, agosto 2013

* ICTP-ICO-MCTP College on Optics and Energy, mayo 2014 Dr. Oracio Barbosa García, GPOM

Otras pláticas invitadas

UNAM (FQ, ICN, IIM), CINVESTAV, BUAP, UAEH, CIMAV, UAA,

UAEMor, UAEMex, etc. Diversos miembros, GPOM

Resultados

19 19

Congreso: IMRC 2012 y 2014, Cancún

International Materials Research Congress XXIII Cancun, Mexico, 17‐21 August 2014

http://www.mrs‐mexico.org.mx/imrc2014/index.php?url=symposia

SYMPOSIUM 7B. ORGANIC MATERIALS FOR ELECTRONICS AND PHOTONICS

COVERED TOPICS (will focus on, but not limited to): • New building blocks and new synthetic approaches to organic semiconductors; • Supramolecular control in organic semiconductors; • Responsive conjugated materials, particularly electro- and photochromics; • Ultrafast photo-physical-chemical phenomena of the organic devices; • Multi-photonic process (1PA, 2PA, 3PA) and their technological uses; • New trends in electroluminescent devices (WOLED, OLET, organic lasers, etc); • Organic solar cells (polymer and small molecules OPV, DSSC and new concept devices); • Organic field effect transistors (high mobility materials; ambipolar OFETs; applications) • Organic electronics for biological applications (sensing, biointegration, electronic skin, etc) • Industrial processing of organic electronic devices (printed & flexible electronics) INVITED SPEAKERS (confirmed): Mats Andersson (Chalmers University of Technology, Sweden) Azzedine Bousseksou (CNRS, Toulouse, France) Dirk Guldi (University Erlangen-Nürnberg, Germany) Ghassan Jabbour (University of Nevada, USA) Iain McCulloch (Imperial College London, UK) Ullrich Scherf ( University of Wuppertal, Germany) Suning Wang (Queen’s University, Canada) others - to be confirmed ...

ORGANIZERS: DMITRII F. PEREPICHKA McGill University Department of Chemistry Montreal, Canada dmitrii.perepichka@mcgill.ca IGOR F. PEREPICHKA Bangor University School of Chemistry Bangor, United Kingdom i.perepichka@bangor.ac.uk JOSÉ-LUIS MALDONADO Centro de Investigaciones en Óptica A. C. (CIO) División de Fotónica León Guanajuato, México jlmr@cio.mx PETER J. SKABARA University of Strathclyde Department of Pure and Applied Chemistry Glasgow, United Kingdom peter.skabara@strath.ac.uk

https://www.mrs-mexico.org.mx/imrc2014/symposium.php?id_simp=00024

20 20

Patentes

Resultados

* Estamos trabajando…

21 21

Perspectivas

* Desarrollo de esta tecnología en México con trabajo multidisciplinario e interinstitucional

* 7 % de eficiencia y estabilidad químico-estructural

* Probable desarrollo de arreglos de celdas roll-to-roll

22 22

* A CONACyT-SENER 153094

* Al CIO (Logística, infraestructura, apoyo económico)

* A FQ-UNAM, DQ-CINVESTAV, DQ-UAM (España)

* A todos Uds.

Gracias