Synthesis and characterization of graphene/polymer nanocomposites for photovoltaic applications

Abstract

El trabajo de investigación presentado se centra en el uso combinado del grafeno, y sus derivados, con polímeros conductores para la síntesis de nuevos nanocompuestos con potencial aplicación en células orgánicas fotovoltaicas. Se sintetizó un derivado del óxido de grafeno, y con él se prepararon diferentes nanocompuestos de óxido de grafeno/polímero. Dichos nanocompuestos fueron caracterizados mediante diversas técnicas microscópicas y espectroscópicas, técnicas de caracterización de materiales (ensayos de tensión-deformación y resistencia eléctrica), así como análisis termogravimétrico, análisis elemental y pruebas de solubilidad. Se ha documentado el estado del arte de las tecnologías fotovoltaicas, haciendo especial énfasis en las tecnologías orgánicas que presentan nanomateriales de carbono en sus estructuras de células, bien como capa de célula o como aditivo a otro material. Se ha desarrollado un proceso de síntesis de un derivado del óxido de grafeno con diisocianato de hexametileno, obteniéndose un material con láminas de grafeno entrecruzadas (HDI-GO) que presenta diferente grado de funcionalización dependiendo de las condiciones de síntesis, lo cual también le permite diferente grado de anclaje con otros compuestos. Además, este nuevo material fue caracterizado mediante técnicas de espectroscopía y microscopía, se determinó una mejora en la estabilidad térmica respecto al material de partida, y se estudió su solubilidad/dispersabilidad en diferentes disolventes, siendo los disolventes apróticos polares la mejor opción para su dispersión. Se ha estudiado el uso del HDI-GO como nano-refuerzo en diferentes polímeros conductores: Poli(3,4-etilendioxitiofeno)-poli(estireno sulfonato) PEDOT:PSS, polipirrol carboxilado (PPy-COOH) y polianilina (PANI). En los casos estudiados, las mejoras en las diferentes propiedades (mecánicas, térmicas y eléctricas) que experimentaron los materiales se vieron debidas a la adición del HDI-GO, determinándose la influencia de los diferentes grados de funcionalización y composiciones en las propiedades finales de los materiales compuestos. Por último, se estudió la viabilidad de los materiales sintetizados para su uso en células orgánicas fotovoltaicas, empleando las técnicas de procesado y fabricación más extendidas en la literatura.