Density functional theory design and characterization of D–A–A type electron donors with narrow band gap for small-molecule organic solar cells

Theoretical Characterization and Design of Efficient Photoactive Materials Based on Naphthopyrrole and Naphthothiophene Derivatives Aimed Towards Organic Solar Cells

“…2,6,7 Para llevar esta tecnología a una gran escala y hacerla comercialmente viable es necesario alcanzar una eficiencia de conversión fotoeléctrica (PCE) superior al 10% y garantizar un tiempo de vida útil de 10 años (mayor estabilidad fotoquímica). [8][9][10][11] La capa fotoactiva de las OSCs se constituye por dos componentes, uno electrodonador (D) y otro electroaceptor (A), ensamblados generalmente en una estructura bi-capa (tipo wafer) o en forma de mezcla, conocida como heterounión de volumen (BHJ). 1,12,13 Las OSCs del tipo BHJ han incrementado en un factor de 10 la PCE respecto a los dispositivos convencionales en forma de bi-capa.…”

“…1,14,26,28 En el marco de la química computacional se han publicado numerosos estudios utilizando diferentes metodologías como la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) y la Teoría del Funcional de la Densidad Dependiente del Tiempo (TD-DFT) para diseñar, evaluar y predecir propiedades fotovoltaicas de los materiales fotoactivos utilizados en OSCs. 1,6,8,9,14,[21][22][23]27,[31][32][33][34][35] Por tal razón, muchos investigadores sugieren que los métodos de química cuántica podrían ilustrarnos moléculas electrodonadoras eficientes y proporcionar una ayuda visual para comprender como la estructura molecular y sus propiedades afectan el rendimiento del dispositivo fotovoltaico, minimizando costos y ahorrando esfuerzos de síntesis. 9 En 2006, Scharber et al, 13 propone un modelo empírico que describe como estimar la PCE de las celdas solares de BHJ, y para ello requiere el conocimiento de los orbitales frontera HOMO-LUMO de los componentes electrodonador y electroaceptor del material fotoactivo.…”

“…6,8,9,14,[21][22][23][24] Una gran variedad de cromóforos se han estudiado como trifenilmetanos, azulenos, indolinas, perilenos, cumarinas, cianinas, hemicianinas, carotenoides, fenotiazinas, fenoxazinas, etc. 6,7,21,23,[25][26][27] Respecto a los enlazadores o puentes π-conjugados generalmente se utilizan grupos heterocíclicos, por su mayor estabilidad ambiental y como fragmentos aceptores de anclaje se tienen funciones de ácido carboxílico, de ácido malónico ó de ácido cianoacrílico.…”

“…6,7,21,23,[25][26][27] Respecto a los enlazadores o puentes π-conjugados generalmente se utilizan grupos heterocíclicos, por su mayor estabilidad ambiental y como fragmentos aceptores de anclaje se tienen funciones de ácido carboxílico, de ácido malónico ó de ácido cianoacrílico. 6,9,[21][22][23][24][26][27][28][29][30][31] En el desarrollo de las OSCs los grupos cromóforos trifenilamina, difenilamina y derivados de tiofeno exhiben excelentes propiedades ópticas y fotovoltaicas, como también los derivados del ácido malónico en el fragmento aceptor. 8,9,18,23,27 Paralelamente a los nuevos resultados experimentales sobre estos materiales orgánicos fotoactivos, las investigaciones teóricas han comenzado a constituir una importante fuente de información que complementa los estudios experimentales, contribuyendo así en el diseño racional y en la predicción de propiedades ópticas, electrónicas y fotovoltaicas en los sistemas captadores de luz a nivel molecular y a su vez reduce el grado de empirismo en estas investigaciones.…”

“…6,9,[21][22][23][24][26][27][28][29][30][31] En el desarrollo de las OSCs los grupos cromóforos trifenilamina, difenilamina y derivados de tiofeno exhiben excelentes propiedades ópticas y fotovoltaicas, como también los derivados del ácido malónico en el fragmento aceptor. 8,9,18,23,27 Paralelamente a los nuevos resultados experimentales sobre estos materiales orgánicos fotoactivos, las investigaciones teóricas han comenzado a constituir una importante fuente de información que complementa los estudios experimentales, contribuyendo así en el diseño racional y en la predicción de propiedades ópticas, electrónicas y fotovoltaicas en los sistemas captadores de luz a nivel molecular y a su vez reduce el grado de empirismo en estas investigaciones. 1,14,26,28 En el marco de la química computacional se han publicado numerosos estudios utilizando diferentes metodologías como la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) y la Teoría del Funcional de la Densidad Dependiente del Tiempo (TD-DFT) para diseñar, evaluar y predecir propiedades fotovoltaicas de los materiales fotoactivos utilizados en OSCs.…”