Ingeniería molecular de metaloporfirinas para su aplicación en dispositivos fotovoltáicos

Proyecto de Investigación Científica - SBPLY/21/180501/000142 - 138.000,00 €.

Grupo de investigación: MATMOL - Materiales Moleculares. Universidad de Castilla-La Mancha/ Instituto de Nanociencia, Nanotecnología y Materiales Moleculares (INAMOL)

I.P.1: Dr. Fernando Langa de la Puente

I.P.2: Dra. Pilar de la Cruz Manrique

Finalidad del Proyecto

El objetivo del proyecto es el diseño, síntesis y estudio de sus propiedades optoelectrónicas de metaloporfirinas para su utilización en dispositivos fotovoltaicos tanto orgánicos como basados en perovskita. Para ello se ha estudiado, de forma sistemática, cómo modificaciones estructurales de estos sistemas permiten se modular las propiedades electrónicas y fotovoltaicas.

Objetivos

1.- Diseño, síntesis y estudio de propiedades optoelectrónicas de metaloporfirinas.

Resultados

Durante el desarrollo del proyecto se sintetizaron y estudiaron diversas estructuras D–A–D y A–D–A basadas en porfirinas, con objeto de determinar el efecto del metal central (Ni, Cu, Zn, Au) en sus propiedades electrónicas y respuesta fotovoltaica. En paralelo, se desarrollaron híbridos porfirina–nanotubos de carbono orientados a su integración como dopantes o aditivos funcionales en capas activas y de transporte de huecos en dispositivos de perovskita.

El trabajo permitió utilizar estas arquitecturas moleculares en células solares orgánicas con eficiencia superior al 16% en células orgánicas y eficiencias próximas al 20% en perovskitas al incorporar híbridos porfirina–nanotubos, junto con mejoras notables en estabilidad operativa. Se demostró experimentalmente el papel determinante del metal central, destacando la viabilidad de las Au(III)-porfirinas como una nueva familia de aceptores no fullerenicos.

Impacto científico, técnico o social

El proyecto aporta materiales y metodologías que amplían el estado del arte en fotovoltaica orgánica y de perovskita, proporcionando diseños moleculares reproducibles y criterios de estructura–propiedad, útiles para seguir profundizando en el desarrollo de las energías limpias.

Debido al marcado carácter multidisciplinar del proyecto ha sido necesario colaborar con otros grupos de investigación, e internacionales en los estudios de transferencia electrónica mediante espectroscopía ultrarrápida; en el estudio de las propiedades fotovoltaicas de los compuestos y nacionales en el estudio de las propiedades de los materiales híbridos porfirina–nanotubos en dispositivos de células solares de perovskita, en el estudio de la aplicación de los materiales híbridos porfirina–nanotubos como fotocatalizadores en procesos de water splitting, para la generación de H2, en el estudio mediante cálculos teóricos de la geometría y de las propiedades electrónicas de los compuestos sintetizados y en la caracterización espectroscópica mediante espectroscopia Raman, de oligómeros quinoides.

Los resultados obtenidos han sido recogidos en 18 publicaciones en revistas de prestigio internacional con revisión por pares.

Toda la actividad investigadora del grupo se divulga a través de sus redes sociales, en X [MatMolToledo (@MolToledo)] y en Instagram (matmoltoledo) así como en la página web: www.uclm.es/grupos/nanomateriales

Colaboraciones

Prof. Francis D’Souza, North Texas University, USA

Prof. Tero Petri, Tampere University, Finlandia

Prof. Ganesh D. Sharma (LNM Institute of Information Technology, Jaipur, India)

Prof. Nazario Martín, IMDEA Nanociencia, Universidad Complutense, Madrid

Prof. Sergio Navalón, Universidad Politécnica de Valencia, Valencia

Prof. Enrique Ortí, ICMol – Universidad de Valencia, Valencia

Prof. Juan Casado, Universidad de Málaga, Málaga