Estudio teórico de parámetros fotovoltaicos de dos moléculas electroaceptoras halogenadas en celdas solares orgánicas y propuestas de nuevos sistemas

Abstract

En el presente trabajo se calcularon algunos parámetros fotovoltaicos teóricos tales como el momento dipolar, los orbitales moleculares de frontera, los índices de reactividad relativos a la aceptación y la donación de electrones en los compuestos, las energías de reorganización, la energía de unión del excitón, el espectro de absorción en la región UV-Vis y los indicadores cinéticos del proceso de transferencia de carga de dos moléculas electroaceptoras halogenadas (una con flúor y la otra con cloro) que ostentan eficiencias en la conversión de potencia superiores al 15% en celdas solares orgánicas de tipo heterounión en volumen (BHJ, por sus siglas en inglés). Los cálculos de estructura electrónica fueron efectuados en el paquete GAUSSIAN 16 y los sistemas se construyeron previamente en su interfaz gráfica GAUSSVIEW 6. En la primera sección se compararon los resultados teóricos procedentes de los cálculos realizados en el marco de la Teoría del Funcional de la Densidad (cuya metodología se estableció a través de un barrido que derivó en la selección del potencial deintercambio y correlación híbrido de Heyd, Scuseria y Ernzerhof [HSE] y el conjunto de base 6-311G**) con la información experimental disponible, mientras que en la segunda sección se propusieron nuevos sistemas electroaceptores halogenados basados en la estructura original de BTP-4F y se evaluaron sus características fotovoltaicas teóricas en fase gaseosa y en solución. Los resultados de este estudio están en concordancia con lo reportado experimentalmente por Cui et al. publicada en 2019 y con las mediciones hechas mediante la técnica de voltametría cíclica (en el caso particular de los orbitales moleculares de frontera y el voltaje en circuito abierto), ya que la información recopilada de las simulaciones sugiere que la celda fabricada con BTP-4Cl y el polímero con rol electrodonador PBDB-TF poseería una mejor capacidad para la aceptación de electrones, la transferencia de carga y la absorción óptica que la que incluye a BTP-4F y a la especie donadora en común. Las estimaciones cuantitativas de los compuestos planteados señalan, por su parte, una posible mejora en algunos de los indicadores analizados, lo que los convierte en una opción promisoria para futuras investigaciones en el terreno experimental.