ES2891499T3 - Celdas solares invertidas de polímero y proceso para su producción - Google Patents
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Abstract
Una celda solar invertida de polímero (1) que comprende: una capa (2) de contacto de electrones; una capa (3) catódica amortiguadora; una capa (4) activa que comprende por lo menos un polímero conjugado en π y por lo menos un compuesto orgánico aceptador de electrones; una capa (5) amortiguadora anódica; una capa (6) de contacto de huecos; en donde la capa (3) catódica amortiguadora comprende óxido de zinc y/o dióxido de titanio y por lo menos un agente interfacial seleccionado de entre ácidos carboxílicos aromáticos C7-C21 opcionalmente sustituidos o sales de ellos; caracterizada porque el agente interfacial está presente en una cantidad tal que la relación molar agente interfacial/[Zn y/o Ti] es de 0.01 a 0.2, preferiblemente de 0.05 a 0.1.
Description
DESCRIPCIÓN
Celdas solares invertidas de polímero y proceso para su producción
La presente invención se refiere a una celda solar invertida de polímero y a un proceso para su producción.
Los dispositivos fotovoltaicos son dispositivos capaces de convertir la energía de una radiación de luz en energía eléctrica. Actualmente, la mayoría de dispositivos fotovoltaicos que pueden ser usados para aplicaciones prácticas explotan las propiedades fisicoquímicas de material fotoactivo del tipo inorgánico, en particular silicio cristalino de alta pureza. Como un resultado de los elevados costes de producción de silicio, la investigación científica ha estado orientando sus esfuerzos hacia el desarrollo de materiales orgánicos alternativos que tienen una estructura polimérica (las llamadas "celdas fotovoltaicas de polímero"). A diferencia del silicio cristalino de alta pureza, en efecto, los polímeros orgánicos se caracterizan por una relativa facilidad de síntesis, un bajo coste de producción, un peso reducido del dispositivo fotovoltaico relacionado, adicionalmente a permitir el reciclaje de dicho polímero al final del ciclo de vida del dispositivo en el cual es usado. Las ventajas mencionadas anteriormente hacen a los materiales orgánicos fotoactivos muy atractivos, a pesar de las eficiencias más bajas de los dispositivos de base orgánica, comparados con las celdas fotovoltaicas inorgánicas.
El funcionamiento de las celdas fotovoltaicas de polímeros se basa en el uso combinado de un compuesto aceptador de electrones y un compuesto donador de electrones. En el estado de la técnica, los compuestos donadores y aceptadores de electrones más ampliamente usados en dispositivos fotovoltaicos son, respectivamente, polímeros conjugados en n y derivados de fulerenos, en particular PC61BM (metiléster de ácido [6,6]-fenil C61 butírico) y PC71BM (metiléster de ácido [6,6]-fenil C71 butírico).
El proceso básico de conversión de luz a corriente eléctrica en una celda fotovoltaica de polímero tiene lugar a través de los siguientes pasos:
1. absorción de un fotón del compuesto donador con la formación de un excitón, es decir, un par "con hueco de electrón";
2. difusión del excitón en una región del compuesto donador en la cual puede tener lugar su disociación;
3. disociación del excitón en los dos vehículos separados de carga (electrón (-) y hueco (+));
4. transporte de los vehículos así formados al contacto de electrón (electrón, a través del compuesto aceptador) y al contacto de huecos (hueco, a través del compuesto donador), con la generación de una corriente eléctrica en el circuito del dispositivo.
El proceso de fotoabsorción con la formación del excitón y subsiguiente transferencia del electrón al compuesto aceptador consiste en la excitación de un electrón desde el HOMO (Orbital Molecular más Alto Ocupado) al LUMO (Orbital Molecular más Bajo Desocupado) del donador y a continuación la transferencia desde éste al LUMO del aceptador.
Dado que la eficiencia de una celda fotovoltaica de polímero depende del número de electrones libres que son generados mediante disociación de los excitones, una de las características estructurales de los compuestos donadores que tienen máxima influencia en dicha eficiencia es la diferencia en energía existente entre los orbitales HOMO y LUMO del donador (denominada brecha de banda). La longitud de onda de los fotones que puede recolectar el compuesto donador y convertir efectivamente en energía eléctrica (el denominado proceso de "cosecha de fotones" o "cosecha de luz") depende, en particular, de esta diferencia. Con objeto de obtener aceptables corrientes eléctricas, la brecha de banda entre HOMO y LUMO tiene que no ser demasiado alta, pero al mismo tiempo tiene que no ser demasiado baja, dado que una brecha excesivamente baja disminuiría el voltaje obtenible en los electrodos del dispositivo. El material donador de electrones más comúnmente usado en la producción de celdas solares de polímero es poli(3-hexiltiofeno) (P3HT) regiorregular. La regiorregularidad mejora el ordenamiento y cristalinidad de la microestructura y así favorece la conductividad eléctrica. Este polímero tiene características electrónicas y ópticas óptimas (buenos valores de orbitales HOMO y LUMO, adecuado coeficiente de absorción), una buena solubilidad en los solventes usados para la producción de las celdas y una razonable movilidad de hueco. Otros ejemplos de polímeros que pueden ser usados de manera provechosa en materiales donadores de electrones, son descritos, por ejemplo, en C.L. Chocos y S.S. Choulis, Prog. Polym. Sci., 36, 1326-1414 (2011); L. Bian, E. Zhu, J. Tang, W. Tang y F. Zhang, Prog. Polym. Sci., 2012, doi: 10.1016/j.progpolymsci.2012.03.001; J. Chen y Y. Cao, Acc. Chem. Res. 42, 1709-1718 (2009); P.T. Boudreault, A. Najari y M. Leclerc, Chem. Mater. 23, 456-469 (2011).
Otra característica importante en la producción de celdas solares orgánicas es la movilidad de los electrones en los huecos de aceptador y de electrones en los materiales donadores, lo cual determina la facilidad con la cual las cargas eléctricas, una vez fotogeneradas, alcanzan los electrodos. Aparte de ser una propiedad intrínseca de las moléculas, la movilidad es influenciada también fuertemente por la morfología de la capa fotoactiva, que a su vez depende de la miscibilidad recíproca de los componentes y de su solubilidad.
Además, la interfaz entre los electrodos y la capa fotoactiva debería tener rasgos que faciliten la transferencia de vehículo de carga hacia los electrodos.
Finalmente, una característica fundamental adicional es la resistencia a la degradación termooxidativa y fotooxidativa de los materiales, que tienen que ser estables bajo las condiciones operativas del dispositivo.
En la forma más simple de operación, se producen celdas con arquitectura convencional (es decir la arquitectura conocida como "heterointersección a granel"), mediante introducción de una capa delgada (aproximadamente 100 nanómetros) de una mezcla de los materiales aceptador de electrones y donador de electrones, entre dos electrodos, constituidos usualmente por óxido de estaño indio (ITO, ánodo) y aluminio (Al, cátodo). Para obtener una capa de este tipo, se prepara una solución de dos componentes.
Generalmente, para obtener tal capa delgada, se prepara una solución de los dos compuestos y partiendo de ésta, se crea luego una película fotoactiva sobre el primer electrodo, el contacto de huecos [óxido de estaño indio (ITO)], usando técnicas adecuadas de deposición tales como "recubrimiento por giro", "recubrimiento por atomización", "impresión por huecograbado", "impresión con chorro de tinta", "recubrimiento por troquel de rendija ", etc. Finalmente, se deposita el contraelectrodo sobre la película seca [es decir el cátodo, en aluminio (Al)]. Opcionalmente, pueden insertarse otras capas entre los electrodos y la película fotoactiva, las cuales pueden ejecutar funciones específicas pertinentes a las propiedades eléctricas, ópticas o mecánicas.
Con objeto de favorecer los huecos electrónicos y, al mismo tiempo, bloquear o limitar el acceso de electrones al ánodo (ITO), antes de la formación de la capa fotoactiva, en general se deposita una capa adicional de la solución de donador-aceptador como se describió anteriormente, con objeto de mejorar la recolección de carga en el electrodo e inhibir el fenómeno de recombinación. Dicha película es depositada partiendo de una suspensión en agua de PEDOT:PSS [polietilenedioxitiofeno)poli(estirenosulfonato)], usando técnicas de recubrimiento e impresión adecuadas tales como "recubrimiento por giro", "recubrimiento por atomización", "impresión por huecograbado", "impresión con chorro de tinta", "recubrimiento por troquel de rendija", etc.
En el caso de arquitectura inversa, el electrodo transparente hecho de ITO constituye el contacto de electrones, mientras el electrodo metálico, generalmente plata u oro) trabaja como el contacto de huecos. Entre la capa activa y los electrones, también en este caso se emplean materiales adecuados de interfaz. La inversión de la geometría típica de celdas fotovoltaicas orgánicas da como resultado dispositivos ambientalmente más robustos.
La interfaz entre la capa activa y los electrodos tiene que tener propiedades que faciliten la recolección de carga. Para mejorar el desempeño de celdas solares orgánicas y de polímero, se usan "capas amortiguadoras" o "capas intermedias" o "capas interfaciales". Éstas son capas delgadas (generalmente 0.5-100 nm) de materiales poliméricos orgánicos o inorgánicos que están interpuestos entre el contacto de huecos y la capa activa y/o el contacto de electrones y la capa activa, con los siguientes propósitos:
- favorecer el transporte de los vehículos de carga (electrones al contacto de electrones y huecos al contacto de huecos), y/o
- desfavorecer la deriva de vehículos que tienen la carga opuesta, y/o
- limitar o evitar la recombinación de excitón en la interfaz fase orgánica/electrodo(s), y/o
- suavizar la superficie del(los) electrodo(s) evitando la formación de agujeritos, y/o
- proteger la capa activa de las reacciones químicas y daño, cuando se ejecutan procesos de deposición para la fabricación de electrodo(s) (es decir, evaporación, chisporroteo, deposición de haz de electrones, etc.), y/o
- limitar o evitar la difusión de impurezas del metal desde el(los) electrodo(s) hacia la capa activa, y/o
- actuar como espaciadores ópticos.
En particular, las capas interfaciales catódicas tienen que (i) producir un contacto óhmico entre la capa activa y el cátodo, (ii) favorecer el transporte de electrones hacia el cátodo, (iii) bloquear el transporte de huecos hacia el cátodo.
Jen et.al en la solicitud de patente de EE.UU. (US 20090188558 A1) describen un dispositivo fotovoltaico que comprende un electrodo de recolección de huecos, una capa fotovoltaica, un electrodo recolector de electrones y una capa de transporte de electrones que comprende un óxido metálico y una monocapa intermedia entre el electrodo de recolección de electrones y la capa fotovoltaica. En particular, la solicitud de patente describe una celda solar invertida de polímero que comprende ITO como una capa de contacto de electrones, una capa de amortiguador catódico de ZnO y capa interfacial de Ba-C60, una capa activa de P3HT:PCBM, una capa anódica amortiguadora de PEDOT y una capa de contacto de huecos de Ag.
Las capas interfaciales pueden ser fabricadas de acuerdo con la técnica mediante recubrimiento por giro, recubrimiento por atomización, técnicas de impresión, chisporroteo, evaporación al vacío, deposición sol-gel. R.Po, C. Carbonera, A. Bernardi, N. Camaioni, Energy Environ. Sci., 4, 285 (2011) hacen una revisión de materiales y métodos. Hwang et al., en Journal of Materials Research, 25, 695 (2010), describen la preparación de un precursor de sol-gel ZnO a partir de dihidrato de acetato de zinc en 2-metoxietanol y 2-aminoetanol como estabilizante. No se hace referencia a las propiedades (viscosidad, punto de ebullición) del solvente. El material es usado para la fabricación de transistor de película delgada. La película de ZnO es depositada sobre S O /S i y tratada a 200° C, una temperatura inadecuada para dispositivos sobre soportes poliméricos flexibles, tales como PET (polietilen tereftalato) que tiene una temperatura de transición vítrea de aproximadamente 80 °C.
Luo et al. en Transactions of Nonferrous Metal Society of China, 17, p. 814 (2007) describen la preparación de un precursor de sol-gel de ZnO a partir de soluciones de dihidrato de acetato de zinc en isopropanol y 2-aminoetanol. La película de ZnO sobre sustrato de cuarzo es obtenida mediante secado a 200 °C, y tratamiento térmico en un horno (400-600 °C); nuevamente, las temperaturas son inadecuadas para dispositivos sobre soportes poliméricos flexibles.
Huang et al. en Nanotechnology, 2008. NANO '08. Actas de la 8a conferencia de IEEE, describen la preparación de un precursor de sol-gel de ZnO a partir de soluciones de dihidrato de acetato de zinc en 2-metoxietanol y 2-aminoetanol. Las películas de nanobarras de ZnO son preparadas por deposición sobre obleas de silicio y tratamiento a 900 °C, una temperatura inadecuada para celdas solares de polímero plástico.
Naik et al. en Journal of the Electrochemical Society, 158, H85 (2011) describen la preparación de un precursor de sol-gel de ZnO a partir de dihidrato de acetato de zinc en una mezcla de glicerina y etilenglicol. El tratamiento térmico de la película tiene lugar a 550 °C.
Park et al. en Journal of Nanoelectronics and Optoelectronics, 5, 1 (2010) describen la preparación de un precursor de sol-gel de ZnO a partir de dihidrato de acetato de zinc en 2-metoxietanol y 2-aminoetanol como estabilizante, y su uso en la fabricación de celdas solares invertidas flexibles. Los PCE de los dispositivos están aproximadamente en el intervalo de 1.2-2.2%. No se suministra información sobre la estabilidad del dispositivo.
Yip et al. en Applied Physics Letters, 193313, 92 (2008) describen la fabricación de celdas solares invertidas con una capa amortiguadora de cátodo de óxido de zinc y una monocapa autoensamblada (SAM) de ácidos alifáticos depositados en la parte superior. La deposición de las dos capas (ZnO y SAM) tiene lugar en dos pasos separados.
Yip et al. en Advanced Materials, 2376, 20 (2008) describe celdas solares con una capa de ZnO y una SAM de ácidos aromáticos polares e insisten en el hecho de que el control en el orden de la SAM y la dirección del dipolo generado, son cruciales para obtener eficiencias mejoradas en la conversión de potencia. Este control preciso a un nivel molecular no fue demostrado sobre dispositivos de área grande (> 1 cm2), haciendo muy difícil la realización de este proceso de dos pasos y haciéndolo posiblemente inadecuado para aplicaciones industriales.
Muchos reportes publicados (Manor et al., Sol. Energy Mater. Sol. Cells, doi: 0.1016/j.solmat.2011.11; Sista et al., Adv. Mater., 22, 380 (2010); Tromholt et al., Nanotechnology, 22, 225401 (2011); Liliedal et al., Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 94, 2018 (2010); Jouanne et al., J. Mater. Chem., 22,1606 (2012)) muestran como las celdas solares de polímero con capa amortiguadora de cátodo de ZnO exhiben una curva de voltaje-corriente con forma característica de S. Este comportamiento es atribuido a la baja conductancia y pobre extracción de carga del óxido de zinc e implica menor Jsc, menor Voc e incluso menor FF. Se sugieren tratamientos posteriores físicos sobre el dispositivo (por ejemplo irradiación UV) para superar este problema y obteniendo así eficiencias de conversión de potencia aceptables, pero introducen pasos adicionales indeseables y costosos en los procesos de fabricación. Por ello, es altamente deseable un método simple para fabricar dispositivos eficientes con intercapas de ZnO.
Kuwabara et al. en Organic Electronics 13 (2012), 1136-1140, divulgan celdas solares invertidas de polímero flexibles y estables al aire sobre sustratos de PET que comprenden, como estructura de la celda, óxido de estaño indio sobre PET/ZnO/PCBM:P3HT/PED-OT:PSS/Au. Se obtuvieron desempeños de celda reproducibles, a pesar de que las celdas de ZnO fueron fabricadas en aire y a bajas temperaturas, causando una novedosa solución de precursor de ZnO que contenía acetilacetonato de zinc (II) como una fuente de metal y acetilacetona como un agente complejante de Zn2+.
Los solicitantes han encarado el problema del suministro de celdas solares invertidas de polímero que tienen desempeño mejorado en términos de elevada movilidad de carga, elevada transparencia, elevada eficiencia y elevada estabilidad química, que pueden ser producidas a gran escala industrial con una elevada área superficial.
Los solicitantes han hallado que los propósitos anteriores y otros, pueden ser logrados mediante una celda solar invertida de polímero como se define en la presente reivindicación 1.
Por ello, de acuerdo con un primer aspecto, la presente invención se refiere a una celda solar invertida de polímero, que comprende:
una capa de contacto de electrones;
una capa catódica amortiguadora;
una capa activa que comprende por lo menos un polímero conjugado en n y por lo menos un compuesto orgánico aceptador de electrones;
una capa anódica amortiguadora;
una capa de contacto de huecos;
en donde la capa catódica amortiguadora comprende óxido de zinc y/o dióxido de titanio y por lo menos un agente interfacial seleccionado de entre ácidos carboxílicos aromáticos C7-C21 opcionalmente sustituidos o sales de ellos;
en donde el agente interfacial está presente en una cantidad tal que la relación molar de agente interfacial/[Zn y/o Ti] es de 0.01 a 0.2, preferiblemente de 0.05 a 0.1.
De acuerdo con otro aspecto, la presente invención se refiere a un proceso para la producción de una celda solar invertida de polímero, que comprende:
suministro de una capa de contacto de electrones;
deposición de una capa catódica amortiguadora sobre dicha capa de contacto de electrones;
deposición de una capa activa sobre dicha capa catódica amortiguadora que comprende por lo menos un polímero conjugado en n y por lo menos un compuesto orgánico aceptador de electrones;
deposición de una capa amortiguadora anódica sobre dicha capa activa;
suministro de una capa de contacto de huecos sobre dicha capa amortiguadora anódica;
en donde el paso de deposición de una capa catódica amortiguadora comprende: formación de una capa sobre dicha capa de contacto de electrones, de una composición que comprende: por lo menos óxido de zinc y/o dióxido de titanio o un precursor de ellos, por lo menos un solvente orgánico, por lo menos un agente quelante, y por lo menos un agente interfacial seleccionado de entre ácidos carboxílicos aromáticos C7-C21 opcionalmente sustituidos o sales de ellos; recocimiento de dicha capa formada sobre dicha capa de contacto de electrones, de modo que se forme la capa catódica amortiguadora que comprende óxido de zinc y/o dióxido de titanio.
En cuanto a la capa de contacto de electrones, preferiblemente es formada a partir de un material seleccionado de: Oxido de Estaño Indio (ITO), Oxido de Estaño dopado con Flúor (FTO), Oxido de Zinc dopado con Aluminio (AZO), Oxido de Zinc dopado con Oxido de Gadolinio (GZO).
La capa de contacto de electrones está asociada preferiblemente a una capa de sustrato, que puede ser formada a partir de un material rígido (tal como vidrio) o un material flexible, tal como un material polimérico termoplástico, por ejemplo, polietilentereftalato (PET), polietilen naftalato (PEN), polietilenimina (PEI).
En cuanto se refiere a la capa activa, el polímero conjugado en n puede ser seleccionado de entre:
(a) polímeros de politiofeno tales como poli(3-hexiltiofeno) (P3HT), poli(3-octiltiofeno), poli(3,4-etilendioxitiofeno) o mezclas de ellos; preferiblemente el polímero conjugado en n es poli(3-hexiltiofeno) (P3HT) regiorregular;
(b) polímeros de poli(fenilen-vinileno) tales como poli(2-metoxi-5-(2-etil-exiloxi)-1,4-fenilenvinileno, poli(p-fenilenvinileno){(poli[2-metoxi-5-(3,7-dimetiloxi)-1,4-fenilen]-alt-(vinileno)}(MDMO-PPV) o mezclas de hechos;
(c) copolímeros alternantes conjugados que comprenden:
- unidades A de naftaleno diimida que tienen la fórmula general (I)
en donde R y R', los mismos o diferentes, son seleccionados de entre grupos alquilo, preferiblemente ramificados, que contienen de 1 a 36 átomos de carbono, preferiblemente de 4 a 24, más preferiblemente de 6 a 18 átomos de carbono, o grupos arilo, preferiblemente fenilos, estando dichos grupos arilo opcionalmente sustituidos con radicales alquilo que tienen de 1 a 24 átomos de carbono, preferiblemente de 4 a 18 átomos de carbono;
- por lo menos una unidad B estructural donadora de electrones conjugada, en donde la unidad A está conectada a la unidad B, en el copolímero alternante, en cualquiera de las posiciones 2, 3, 6 o 7;
(d) copolímeros conjugados alternantes o aleatorios que comprenden:
- por lo menos una unidad B de benzotriazol que tiene la fórmula general (la) o (Ib):
en donde el grupo R es seleccionado de entre grupos alquilo, arilo, acilo o tioacilo, posiblemente sustituidos;
- por lo menos una unidad A estructural conjugada, en donde cada unidad B está conectada a por lo menos una unidad A en cualquiera de las posiciones 4, 5, 6 o 7, preferiblemente en posiciones 4, 7;
(e) polímeros alternantes conjugados en n, que comprenden:
- por lo menos una unidad A de fluoroarilvinilideno aceptadora de electrones, que tiene la fórmula general (111)
en donde los sustituyentes X1-X5, los mismos o diferentes, son seleccionados de entre átomos de hidrógeno, átomos de flúor o grupos alquilo que contienen de 1 a 12 átomos de carbono, preferiblemente de 1 a 4 átomos de carbono, y con la condición de que por lo menos uno, preferiblemente por lo menos dos, más preferiblemente por lo menos tres de los sustituyentes X1-X5 son un átomo de flúor o un grupo -CF2R, en donde R es seleccionado de entre H, F o un grupo hidrocarbilo, posiblemente fluorado, que tiene de 1 a 10 átomos de carbono,
- por lo menos una unidad B estructural donadora de electrones conjugada conectada a la unidad A en los puntos indicados por las líneas punteadas en la fórmula general (III);
(f) copolímeros basados en unidades de ácido acridónico que comprenden:
- una unidad (A) monomérica que tiene la fórmula general (IV)
en donde:
X es seleccionado de entre S o Se,
Y es seleccionado de entre 0, S o NR’,
R, R’, los mismos o diferentes, son sustituyentes orgánicos que tienen de 1 a 24 átomos de carbono, seleccionados de entre grupos alquilo opcionalmente sustituidos, grupos arilo, grupos acilo o tioacilo;
- por lo menos una unidad (B) de monómero que tiene la fórmula general (V)
en donde Z es O, S, Se o -NR”, en donde R” es un sustituyente orgánico que tiene de 1 a 24 átomos de carbono seleccionado de entre grupos alquilo opcionalmente sustituidos, grupos arilo opcionalmente sustituidos, grupos acilo o tioacilo,
estando dicha unidad (B) monomérica conectada con cualquier posición disponible de un anillo lateral heteroaromático de la unidad (A) a través de una de las dos posiciones indicadas por las líneas punteadas en la fórmula general (V); (g) copolímeros alternantes conjugados en n que comprenden unidades de benzotiadiazol tales como PCDTBT {poli[N-9”-eptadecanil-2,7-carbazol-alt-5,5-(4',7'-di-2-tienil-2',1',3'-benzotiadiazol)]}, PCPDTBT {poli[2,6-(4,4-bis-(2-etilexil)-4H-ciclopent[2,1-b;3,4-b’]-ditiofeno)-alt-4,7-(2,1,3-benzotiadiazol)]};
(h) copolímeros alternantes conjugados en n que comprenden unidades de tien[3,4-b]pirazidina;
(i) copolímeros alternantes conjugados en n que comprenden unidades de quinoxalina;
(l) copolímeros alternantes conjugados en n que comprenden unidades monoméricas de sililo tales como 9,9-dialquil-9-silafluoreno;
(m) copolímeros alternantes conjugados en n que comprenden unidades condensadas de tiofeno tales como copolímeros de tien[3,4-b]tiofeno y benzo[1,2-b:4,5-b’]ditiofeno;
o mezclas de ellos.
Por ejemplo, en el documento WO 2010/006698 pueden encontrarse ejemplos de los copolímeros (c) alternantes conjugados en n mencionados anteriormente y detalles acerca de sus métodos de preparación.
Por ejemplo, en el documento WO 2010/046114 pueden encontrarse ejemplos de los copolímeros (d) alternantes o aleatorios conjugados en n mencionados anteriormente y detalles acerca de sus métodos de preparación.
Por ejemplo, en el documento WO 2011/066954 pueden encontrarse ejemplos de los copolímeros (e) alternantes conjugados en n mencionados anteriormente y detalles acerca de sus métodos de preparación.
Por ejemplo, en el documento WO 2011/066954 pueden encontrarse ejemplos de los copolímeros (f) alternantes conjugados en n mencionados anteriormente y detalles acerca de sus métodos de preparación.
Pueden encontrarse ejemplos de los copolímeros (g)-(m) alternantes conjugados en n mencionados anteriormente y detalles acerca de sus métodos de preparación, por ejemplo en "Accounts of Chemical Research” (2009), vol. 42, No.
11, pag. 1709-1718, "Development of Novel Conjugated Donor Polymers for High-Efficiency Bulk-Heterojunction Photovoltaic Device" (Chen et al.).
En cuanto a la capa activa, el polímero conjugado en n puede ser seleccionado también de entre los polímeros de las siguientes fórmulas generales:
en donde:
- R, los mismos o diferentes, son seleccionados de entre grupos alquilo que tienen de 1 a 20 átomos de carbono, preferiblemente de 6 a 15;
- Y, los mismos o diferentes, son seleccionados de entre grupos -R o -OR en donde R tiene el mismo significado indicado anteriormente;
- n y m, los mismos o diferentes, son números enteros comprendidos entre 2 y 500, preferiblemente entre 5 y 100, incluyendo los extremos,
- x y = 1, en donde x > 0,1 y y > 0,1,
o mezclas de ellos.
El compuesto orgánico aceptador de electrones, que es combinado con el polímero conjugado en n, puede ser seleccionado, por ejemplo, de entre derivados del fulereno, tales como: metiléster de ácido [6 ,6]-fenil-c61-butírico (PCBM), metiléster de ácido (6,6)-fenil-C70-butírico (PC70BM), producto de adición bis de indeno-C60 (ICBA), bis(1-[3-(metoxicarbonil)propil]-1-fenil)-[6.6]C62 (Bis-PCBM).
En cuanto a la capa amortiguadora anódica, puede ser seleccionada por ejemplo de entre: poli(3,4-etilenedioxi)tiofeno (PEDOT) dopado con ácido con p-estirenosulfónico (PSS), MoO3, polianilina, NiO2, WO3, V2O5.
En cuanto a la una capa de contacto de huecos, generalmente es hecha de un metal, tal como oro (Au), plata (Ag).
En cuanto al precursor de óxido de zinc, puede ser seleccionado de entre sales de zinc y complejos de zinc, tales como: acetato de zinc, formiato de zinc, acetilacetonato de zinc, alcoholatos de zinc (metóxido, etóxido, propóxido, isopropóxido, butóxido, etc.), carbamato de zinc, bis(alquilamida)s de zinc, dialquilos o diarilos de zinc (dietilzinc, difenilzinc, etc.), o mezclas de ellos.
En cuanto al precursor de dióxido de titanio, puede ser seleccionado de entre sales de titanio y complejos de titanio, tales como: acetilacetonato de titanio, alcoholatos de titanio (metóxido, etóxido, propóxido, isopropóxido, butóxido, etc.), carbamato de titanio, bis(alquilamida)s de titanio, dialquilos o diarilos de titanio (dietilzinc, difenilzinc, etc.), o mezclas de ellos.
La cantidad del precursor de óxido de zinc y/o dióxido de titanio es tal que la concentración final en la composición es de 0.05 a 0.5 M, preferiblemente de 0.1 a 0.25 M.
En cuanto se refiere al ligando quelante, puede ser seleccionado de entre: etanolamina, dietanolamina, etilendiamina, o mezclas de ellas.
La cantidad del ligando quelante es tal que la relación molar de ligando/Zn es de 0.5 a 4, preferiblemente de 1 a 2.5. El óxido de zinc y/o dióxido de titanio pueden ser usados también en lugar de un precursor de ellos. Preferiblemente, estos óxidos están en la forma de nanopartículas que tienen uno seleccionado de entre ácido benzoico y ácidos benzoicos sustituidos, incluso más preferiblemente de entre ácidos benzoicos sustituidos en para con un grupo que sustrae electrones o que dona electrones, preferiblemente seleccionado de entre:
- R1, en donde R1 es un alquilo C1-C12, por ejemplo, metilo, etilo, propilo, n-butilo, i-butilo, t-butilo, hexilo, octilo, decilo, y similares;
-O R 2, en donde R2es un alquilo C1-C12, por ejemplo, metilo, etilo, propilo, n-butilo, i-butilo, t-butilo, hexilo, octilo, decilo, y similares;
- CN;
-C F 3.
Cuando está en la forma de una sal, el agente interfacial puede ser una sal de un metal seleccionado de entre: metales alcalinos (por ejemplo, Li, Na, K), metales alcalinotérreos (por ejemplo, Mg, Ca, Sr), metales de transición (por ejemplo, Ti, Mo, Mn, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Cu, Ag, Au, Zn). A este respecto, debería notarse que durante el paso de recocimiento, es probable que por lo menos una porción del agente interfacial añadido inicialmente sea transformada en una sal de Zn y/o Ti, dependiendo del precursor presente en la composición.
La cantidad del agente interfacial es tal que la relación molar de agente interfacial/[Zn y/o Ti] es de 0.01 a 0.2, preferiblemente de 0.05 a 0.1.
La composición que va a ser depositada sobre la capa de contacto de electrones está preferiblemente en la forma de una solución, una suspensión o una dispersión.
El paso de recocimiento de la capa formada sobre dicha capa de contacto de electrones, de modo que se forme la capa catódica amortiguadora, es llevado a cabo preferiblemente mediante calentamiento de la capa a una temperatura de 50 a 200 °C, más preferiblemente desde que por lo menos una porción del agente interfacial añadido inicialmente es transformada en una sal de Zn y/o Ti, dependiendo del precursor presente en la composición.
La cantidad del agente interfacial es tal que la relación molar de agente interfacial/[Zn y/o Ti] es de 0.01 a 0.2, más preferiblemente de 0.05 a 0.1.
La composición que va a ser depositada sobre la capa de contacto de electrones está preferiblemente en la forma de una solución, una suspensión o una dispersión.
El paso de recocimiento de la capa formada sobre dicha capa de contacto de electrones, de modo que se forme la capa catódica amortiguadora, es llevado a cabo preferiblemente mediante calentamiento de la capa a una temperatura de 50 a 200 °C, más preferiblemente de 100 a 140, por un tiempo que varía usualmente de 30 segundos a 2 horas, más preferiblemente de 1 minuto a 1 hora.
Las capas que forman la celda solar pueden ser depositadas, por ejemplo, por medio de recubrimiento por giro, fundición de gota, fundición de cuchilla de doctor, técnicas de evaporación al vacío, técnicas de impresión (tales como impresión por huecograbado, recubrimiento con troquel de rendija, impresión con chorro de tinta, serigrafía, impresión flexográfica y los otros métodos descritos en la referencia F. C. Krebs "Fabrication and processing of polymer solar cells: A review of printing and coating techniques", Solar Energy Materials and Solar Cells, volumen 93, entrega 4, 2009, páginas 394-412), chisporroteo.
Pueden usarse diferentes métodos para depositar diferentes capas. En una realización preferida, pueden usarse los siguientes métodos de deposición, para cada una de las siguientes capas:
- capa de contacto de electrones: chisporroteo o deposición de haz de electrones;
- capa catódica amortiguadora: recubrimiento por giro o impresión por huecograbado o impresión flexográfica;
- capa activa: recubrimiento por giro o impresión por huecograbado o impresión flexográfica o serigrafía;
- capa amortiguadora anódica; recubrimiento por giro o huecograbado o evaporación al vacío o serigrafía o impresión flexográfica;
- capa de contacto de huecos: evaporación al vacío o serigrafía o impresión con chorro de tinta o impresión flexográfica. Preferiblemente, en la celda solar invertida de polímero de acuerdo con la presente invención, las diferentes capas tienen los siguientes valores de espesor:
- capa de contacto de electrones: de 50 a 100 nm, más preferiblemente de 80 a 100 nm;
- capa catódica amortiguadora: de 10 a 100 nm, más preferiblemente de 20 a 50 nm;
- capa activa: de 50 a 250 nm, más preferiblemente de 100 a 200 nm;
- capa amortiguadora anódica: de 20 a 200 nm, más preferiblemente de 50 a 100 nm;
- capa de contacto de huecos: de 50 a 150 nm, más preferiblemente de 80 a 120 nm.
La presente invención es ahora ilustrada adicionalmente haciendo referencia a las figuras incluidas en la presente, en donde:
La Figura 1 es una representación esquemática de una celda solar invertida de polímero de acuerdo con la presente invención;
las Figuras 2-5 son las curvas de corriente-voltaje (I-V) para los dispositivos de los Ejemplos 5-8;
Las Figuras 6-9 reportan los valores característicos de las curvas corriente-voltaje (I-V) de los dispositivos de los Ejemplos 5-8 a diferentes tiempos, después de la preparación de la muestra.
Haciendo referencia a la Figura 1, una celda (1) solar invertida de polímero comprende una capa (2) de contacto de electrones sobre la cual se deposita de acuerdo con la presente invención una capa (3) catódica amortiguadora. Se forma una capa activa (4), que comprende por lo menos un polímero conjugado en n y por lo menos un compuesto orgánico aceptador de electrones, sobre dicha capa (3) catódica amortiguadora, que, como se describió anteriormente, está hecha usualmente de una mezcla PCBM:P3HT. Se coloca una capa (5) amortiguadora anódica sobre la capa (4) activa, que está, como se describió anteriormente, hecha de PEDOT dopado con PSS. Finalmente, se coloca una capa (6) de contacto de huecos, hecha usualmente de un metal, sobre la capa (5) amortiguadora anódica. Preferiblemente, la capa (2) de contacto de electrones puede estar asociada a una capa (7) sustrato, como se describió anteriormente.
Se suministran los siguientes ejemplos, para ilustrar adicionalmente la invención.
Ejemplo 1 (comparativo) - ZSG22 (ZnO 0.15 M en n-butanol/t-butanol 6.5:1).
Se introdujeron los siguientes reactivos dentro de un tubo Schlenk equipado con un condensador Allihn:
- 310 mg (1.5 mmol) de dihidrato de acetato de zinc
-180 mg (3.0 mmol) de 2-etanolamina
-1 g de tert-butanol
al cual se añadió 1-butanol en tal cantidad, para llevar el volumen total a 10 ml.
Luego se calentó la mezcla bajo agitación durante 3 horas a 90 °C, y se transfirió sucesivamente a un vial de vidrio con una tapa rosca.
Ejemplo 2 - ZSG23 (ZnO 0.15 M en n-butanol/t-butanol 6.5:1; ácido p-butoxi-benzoico 6.6% mol/mol).
Se introdujeron los siguientes reactivos en un tubo Schlenk equipado con un condensador de Allihn:
- 310 mg (1.5 mmol) de dihidrato de acetato de zinc
-180 mg (3.0 mmol) de 2-etanolamina
-1 g de tert-butanol
al cual se añadió 1-butanol en tal cantidad, para llevar el volumen total a 10 ml.
Luego se calentó la mezcla bajo agitación durante 3 horas a 90°C. Después se añadió el siguiente reactivo: - 8 mg (0.041 mmol) de ácido p-butoxi-benzoico.
Se dejó reaccionando la mezcla así obtenida, durante 30 min a temperatura ambiente. Finalmente, se transfirió la solución a un vial de vidrio con una tapa rosca.
Ejemplo 3 - ZSG24 (ZnO 0.15 M en n-butanol/t-butanol 6.5:1; ácido benzoico 6.6% mol/mol).
Se introdujeron los siguientes reactivos en un tubo Schlenk equipado con un condensador de Allihn:
- 310 mg (1.5 mmol) de dihidrato de acetato de zinc
-180 mg (3.0 mmol) de 2-etanolamina
-1 g de tert-butanol
al cual se añadió 1-butanol en tal cantidad, para llevar el volumen total a 10 ml.
Después se calentó la mezcla bajo agitación durante 3 horas a 90 °C. Después se añadió el siguiente reactivo: - 5 mg (0.041 mmol) de ácido benzoico.
Se dejó reaccionando la mezcla así obtenida, durante 30 min a temperatura ambiente. Finalmente, se transfirió la solución a un vial de vidrio con una tapa rosca.
Ejemplo 4 - ZSG25 (ZnO 0.15 M en n-butanol/t-butanol 6.5:1; ácido p-cianobenzoico 6.6% mol/mol).
Se introdujeron los siguientes reactivos en un tubo Schlenk equipado con un condensador de Allihn:
- 310 mg (1.5 mmol) de dihidrato de acetato de zinc
-180 mg (3.0 mmol) de 2-etanolamina
-1 g de tert-butanol
al cual se añadió 1-butanol en tal cantidad, para llevar el volumen total a 10 ml.
Después se calentó la mezcla bajo agitación durante 3 horas at 90°C. Después se añadió el siguiente reactivo: - 6 mg (0.041 mmol) ácido p-cianobenzoico
Se dejó reaccionando la mezcla así obtenida, durante 30 min a temperatura ambiente. Finalmente, se transfirió la solución a un vial de vidrio con una tapa rosca.
Ejemplo 5 - celda de referencia.
Se preparó un dispositivo a base de polímero, sobre un sustrato de vidrio recubierto con ITO (Oxido de Estaño Indio), sometido previamente a un procedimiento de limpieza consistente en una limpieza manual, limpieza con una tela libre de pelusa, empapada con un detergente diluido en agua de grifo. Después se enjuagaron los sustratos con agua de grifo. Sucesivamente, se limpiaron completamente los estratos de acuerdo con los siguientes métodos, en secuencia: baños ultrasónicos en (i) agua destilada más detergente (seguido por secado manual con una tela libre de pelusa); (ii) agua destilada seguido por secado manual con una tela libre de pelusa (); (iii) acetona y (iv) isopropanol en secuencia. En particular, se dispusieron los sustratos en un vaso que contenía el solvente, localizado en un baño de ultrasonido, mantenido a temperatura ambiente, para un tratamiento de 10 minutos. Después de los tratamientos (iii) y (iv), se secó cada sustrato con un flujo de nitrógeno comprimido.
Sucesivamente, se limpió adicionalmente el vidrio/ITO en un limpiador de plasma de aire, inmediatamente antes de proceder con el siguiente paso.
El sustrato así tratado estaba listo para la deposición de la primera capa. La capa de ZnO fue obtenida a través de un proceso de sol-gel partiendo de la solución de precursor descrita en el Ejemplo 1. La solución fue depositada mediante giro sobre el sustrato rotativo a 500 rpm (aceleración 500 rpm/seg) durante 150 seg. La capa así obtenida tenía un espesor de 30 nm. Una vez se depositó la capa, fue retirada parcialmente con isopropanol de la superficie, dejando la capa sólo sobre el área deseada. Se logró la formación de ZnO mediante recocimiento del dispositivo a 140 °C durante 60 min sobre una placa caliente mantenida al aire del ambiente, cubierta con un plato de cristalización.
a capa activa, compuesta por poli-3-hexiltiofeno y metiléster de ácido [6,6]-fenil-C61-butírico (P3HT:PCBM) fue depositada mediante giro desde una solución 1:0.8 (p/p) en clorobenceno con una concentración P3HT de 10 mg/ml. La película delgada fue obtenida mediante rotación a 300 rpm (aceleración de 100 rpm/seg) durante 90 seg. El espesor de la capa resultó ser de 250-300 nm (medido sobre una celda de prueba).
Sobre la capa así obtenida, se depositó una tercera capa, es decir la capa amortiguadora anódica, que fue obtenida mediante deposición de una mezcla de HTL Plexcore® (Sigma Aldrich) (poli(3,4-etilenedioxi)tiofeno (PEDOT) dopado
con ácido p-estirenosulfónico (PSS)) con isopropanol, 1:1 (v/v), después de humedecer la superficie para estar cubierta con isopropanol, para mejorar la humectabilidad. El espesor de la capa fue ajustado mediante rotación, usando un proceso de paso doble: primero, 1500 rpm (aceleración 100 rpm/seg) durante 30 seg, y después 2500 rpm (aceleración 1000 rpm/seg) durante 20 seg.
Después de ello, el sustrato fue estampado con isopropanol para dejar un área precisa para el dispositivo, y se calentó sobre una placa caliente durante 10 min a 120 °C bajo atmósfera inerte.
En la parte superior de la pila de capas, se evaporó un ánodo de Ag con espesor de 93 nm, enmascarando de manera adecuada el área del dispositivo, de modo que se obtuviese un área activa de 25 mm2 La deposición fue llevada a cabo en una cámara de evaporación térmica estándar que contenía el sustrato y un recipiente de evaporación calentado por resistencia, que contenía 10 perdigones comerciales de plata (diámetro 1-3 mm). El proceso de evaporación fue llevado a cabo bajo elevado vacío. La plata evaporada se condensó sobre las regiones no enmascaradas del sustrato.
La caracterización eléctrica del dispositivo fue ejecutada inicialmente bajo atmósfera controlada (nitrógeno) en una caja de guantes a temperatura ambiente. Sucesivamente, fue ejecutado en las mismas condiciones pero después de exponer el dispositivo al aire, por períodos crecientes de tiempo.
Se registraron las curvas de corriente-voltaje (I-V) con un multímetro Keithley® 2600A conectado a un ordenador personal, para la recolección de datos. Se midió la fotocorriente exponiendo el dispositivo a la luz de un simulador de sol ABET SUN® 2000-4, capaz de suministrar una irradiación AM 1.5G con una intensidad de 100 mW/cm2 (1 sol), medida con un medidor de potencia Ophir Nova® II conectado a una cabeza térmica 3A-P. La curva de corrientevoltaje (I-V) así obtenida es reportada en la Figura 2. En la Tabla 1 se reportan los cuatro parámetros característicos, como valores promedio.
Es importante notar que la curva corriente-voltaje de la celda solar invertida de polímero de acuerdo con la presente invención no tiene forma de S, como ocurre usualmente con las celdas solares de polímero con oxido de zinc como capa catódica amortiguadora, es decir, no muestra el comportamiento típico de punto de inflexión que es atribuido a la elevada resistividad del óxido de zinc y la pobre extracción de carga, propiedades que limitan la eficiencia del dispositivo. Muchos reportes publicados sugieren que el inconveniente anterior es superado haciendo algunos tratamientos físicos posteriores, tales como empapamiento ligero, sobre los dispositivos. A la inversa, las celdas solares invertidas de polímero de acuerdo con la presente invención no muestran el comportamiento anterior, y por ello son más eficientes. Se obtuvo el mismo resultado con dispositivos de acuerdo con los Ejemplos 6-8 (véanse las Figuras 3-5).
En la Figura 6 se reportan los valores característicos de las curvas corriente-voltaje (I-V), a diferentes tiempos después de la preparación de la muestra, es decir: el mismo día de la preparación de la muestra (t0); después de 22 días desde la preparación de la muestra y además 24 horas de exposición al aire (t1); después de 59 días a partir de la preparación de la muestra y además 7 días de exposición al aire (t2).
Ejemplo 6 - Celda que contiene ácido p-butoxibenzoico.
Se limpió el sustrato como se describe para la muestra de referencia (Ejemplo 5), y después fue tratado con plasma de aire.
El sustrato estaba listo para la deposición de la primera capa. La capa de ZnO fue obtenida mediante un proceso solgel, partiendo de la solución de precursor descrita en el Ejemplo 2. La solución fue depositada mediante giro sobre el sustrato, con rotación a 600 rpm (aceleración de 500 rpm/seg) durante 150 seg. La capa así obtenida tenía un espesor de 30 nm. Una vez se depositó la capa, fue retirada parcialmente de la superficie con isopropanol, dejando la capa sólo sobre el área deseada. La formación de ZnO fue lograda mediante recocimiento del dispositivo a 140 °C durante 60 min sobre una placa caliente mantenida al aire ambiente, cubierta con un disco de cristalización. Las otras capas del dispositivo fueron producidas como se describió en el Ejemplo 5.
La caracterización eléctrica del dispositivo fue llevada a cabo como se describió en el Ejemplo 5. En la Tabla 1, Figura 3 y Figura 7 se reportan los resultados.
Ejemplo 7 - Celda que contiene ácido benzoico.
Se limpió el sustrato como se describió para la muestra de referencia (Ejemplo 5), y después se le trató con plasma de aire.
Después, el sustrato estaba listo para la deposición de la primera capa. La capa de ZnO fue obtenida a través de un proceso sol-gel partiendo de la solución de precursor descrita en el Ejemplo 3. La solución fue colocada sobre el sustrato mediante deposición por giro, con rotación de 600 rpm (aceleración de 500 rpm/seg) durante 150 seg. La capa así obtenida tenía un espesor de 30 nm. Una vez se depositó la capa, fue retirada de la superficie parcialmente
con isopropanol, dejando la capa sólo sobre el área deseada. La formación de ZnO fue lograda mediante recocimiento del dispositivo a 140 °C durante 60 min sobre una placa caliente mantenida al aire del ambiente, cubierta con un plato de cristalización. Las otras capas del dispositivo fueron producidas como se describió en el Ejemplo 5.
La caracterización eléctrica del dispositivo fue llevada a cabo como se describió en el Ejemplo 5. En la Tabla 1, Figura 4 y Figura 8 se reportan los resultados.
Ejemplo 8 - Celda que contiene ácido p-cianobenzoico.
Se limpió el sustrato como se describió para la muestra de referencia (Ejemplo 5), y después se le trató con plasma de aire.
Después, el sustrato estaba listo para la deposición de la primera capa. La capa de ZnO fue obtenida a través de un proceso sol-gel partiendo de la solución de precursor descrita en el Ejemplo 4. La solución fue colocada sobre el sustrato mediante deposición por giro, con rotación de 600 rpm (aceleración de 500 rpm/seg) durante 150 seg. La capa así obtenida tenía un espesor de 30 nm. Una vez se depositó la capa, fue retirada de la superficie parcialmente con isopropanol, dejando la capa sólo sobre el área deseada. La formación de ZnO fue lograda mediante recocimiento del dispositivo a 140 °C durante 60 min sobre una placa caliente mantenida al aire del ambiente, cubierta con un plato de cristalización. Las otras capas del dispositivo fueron producidas como se describió en el Ejemplo 5.
La caracterización eléctrica del dispositivo fue llevada a cabo como se describió en el Ejemplo 5. En la Tabla 1, Figura 5 y Figura 9 se reportan los resultados.
Tabla 1
donde:
- FF (factor de llenado) está definido por la relación
t
J UFF
1 oc ‘ Jsc
' donde V m p p y Jmpp son, respectivamente, voltaje y densidad de corriente correspondientes al punto de potencia máxima;
- Voc es el voltaje de circuito abierto;
- Jsc es la densidad de corriente de circuito corto;
- PCEprom es la deficiencia del dispositivo, calculada como donde P¡n es la intensidad de luz incidente sobre el dispositivo.
Claims (20)
1. Una celda solar invertida de polímero (1) que comprende:
una capa (2 ) de contacto de electrones;
una capa (3) catódica amortiguadora;
una capa (4) activa que comprende por lo menos un polímero conjugado en n y por lo menos un compuesto orgánico aceptador de electrones;
una capa (5) amortiguadora anódica;
una capa (6 ) de contacto de huecos;
en donde la capa (3) catódica amortiguadora comprende óxido de zinc y/o dióxido de titanio y por lo menos un agente interfacial seleccionado de entre ácidos carboxílicos aromáticos C7-C21 opcionalmente sustituidos o sales de ellos;
caracterizada porque el agente interfacial está presente en una cantidad tal que la relación molar agente interfacial/[Zn y/o Ti] es de 0.01 a 0.2, preferiblemente de 0.05 a 0.1.
2. La celda solar invertida de polímero de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el por lo menos un agente interfacial es seleccionado de entre ácido benzoico y ácido benzoicos sustituidos.
3. La celda solar invertida de polímero de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el por lo menos un agente interfacial es seleccionado de entre ácidos benzoicos sustituidos en para, con un grupo que sustrae electrones o un grupo que dona electrones.
4. La celda solar invertida de polímero de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el por lo menos un agente interfacial es seleccionado de entre ácidos benzoicos sustituidos en para, con un grupo seleccionado de entre:
- R1, en donde R1 es un alquilo C1-C12, preferiblemente metilo, etilo, propilo, n-butilo, i-butilo, t-butilo, hexilo, octilo, decilo, y similares;
- OR2, en donde R2 es un alquilo C1-C12, preferiblemente metilo, etilo, propilo, n-butilo, i-butilo, t-butilo, hexilo, octilo, decilo;
- CN;
y - CF3.
5. La celda solar invertida de polímero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la capa de contacto de electrones está formada de un material seleccionado de entre: Oxido de Estaño Indio (ITO), Oxido de Estaño dopado con Flúor (FTO), Oxido de Zinc dopado con Aluminio (AZO), Oxido de Zinc dopado con Oxido de Gadolinio (GZO).
6. La celda solar invertida de polímero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la capa de contacto de electrones está asociada con una capa sustrato.
7. La celda solar invertida de polímero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde, en la capa activa, el polímero conjugado en n es poli(3-hexiltiofeno) regiorregular (P3HT).
8. La celda solar invertida de polímero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde, en la capa activa, el compuesto orgánico aceptador de electrones es seleccionado de entre derivados de fulereno, seleccionados de entre: metiléster de ácido [6 ,6 ]-fenil-C61-butírico (PCBM), metiléster de ácido (6 ,6 )-fenil-C70-butírico (PC70BM), producto de adición bis de indeno-C60 (ICBA), bis(1-[3-(metoxicarbonil)propil]-1-fenil)-[6.6]C62 (Bis-PCBM).
9. La celda solar invertida de polímero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la capa amortiguadora anódica es seleccionada de entre: poli(3,4-etilendioxi)tiofeno (PEDOT) dopado con ácido pestirenosulfónico (PSS), MoO3, polianilina, NiO2, WO3, V2O5.
10. La celda solar invertida de polímero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la capa de contacto de huecos es hecha de un metal, preferiblemente oro (Au), plata (Ag).
11. Un proceso para la producción de una celda (1) solar invertida de polímero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende:
suministro de una capa (2 ) de contacto de electrones;
deposición de una capa (3) catódica amortiguadora sobre dicha capa (2) de contacto de electrones; deposición de una capa (4) activa sobre dicha capa (3) catódica amortiguadora que comprende por lo menos un polímero conjugado en n y por lo menos un compuesto orgánico aceptador de electrones;
deposición de una capa (5) amortiguadora anódica sobre dicha capa (4) activa;
suministro de una capa (6 ) de contacto de huecos sobre dicha capa (5) amortiguadora anódica;
caracterizada porque el paso de deposición de una capa (3) catódica amortiguadora comprende: formación de una capa sobre dicha capa (2 ) de contacto de electrones, de una composición que comprende: por lo menos óxido de zinc y/o dióxido de titanio o un precursor de ellos, por lo menos un solvente orgánico, por lo menos un agente quelante, y por lo menos un agente interfacial seleccionado de entre ácidos carboxílicos aromáticos C7-C21 opcionalmente sustituidos, o sales de ellos;
recocimiento de dicha capa formada sobre dicha capa (2 ) de contacto de electrones, de modo que se forma la capa (3) catódica amortiguadora que comprende óxido de zinc y/o dióxido de titanio.
12. El proceso de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el precursor de óxido de zinc es seleccionado de entre sales de zinc y complejos de zinc, seleccionados de entre: acetato de zinc, formiato de zinc, acetilacetonato de zinc, alcoholatos de zinc seleccionados preferiblemente de entre metóxido, etóxido, propóxido, isopropóxido, butóxido, carbamato de zinc, bis(alquilamida)s de zinc, dialquilos o diarilos de zinc seleccionados preferiblemente de entre dietilzinc o difenilzinc, o mezclas de ellos.
13. El proceso de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el precursor de óxido de titanio es seleccionado de entre sales de titanio y complejos de titanio, seleccionados de entre: acetilacetonato de titanio, alcoholatos de titanio seleccionados preferiblemente de entre metóxido, etóxido, propóxido, isopropóxido, butóxido, carbamato de titanio, bis(alquilamida)s de titanio, dialquilos o diarilos de titanio, seleccionados preferiblemente de entre dietilzinc o difenilzinc, o mezclas de ellos.
14. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones de 11 a 13, en donde los precursores de óxido de zinc y/o de dióxido de titanio están presentes en una cantidad tal que la concentración final en la composición es de 0.05 a 0.5 M, preferiblemente de 0.1 a 0.25 M.
15. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones de 11 a 14, en donde el ligando quelante es seleccionado de entre: etanolamina, dietanolamina, etilendiamina, o mezclas de ellas.
16. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones de 11 a 15, en donde el ligando quelante está presente en la composición en una cantidad tal que la relación molar ligando/Zn es de 0.5 a 4, preferiblemente de 1 a 2.5.
17. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones de 11 a 16, en donde el solvente orgánico es seleccionado de entre alcoholes C1-C10.
18. El proceso de acuerdo con la reivindicación 17, en donde el solvente orgánico es una mezcla de dos alcoholes C2-Ca, teniendo uno de los dos alcoholes un punto de ebullición inferior a 100 °C y una viscosidad mayor que 3 mPa s, teniendo el segundo alcohol un punto de ebullición igual o mayor que 100 °C y una viscosidad igual a o menor que 3 mPas.
19. El proceso de acuerdo con la reivindicación 18, en donde la relación en peso [alcohol de bajo punto de ebulliciónelevada viscosidad]/[alcohol de alto punto de ebullición-baja viscosidad] está entre 0.01 y 5, preferiblemente entre 0.1 y 0.5.
20. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones de 11 a 19, en donde el paso de recocimiento de la capa formada sobre dicha capa de contacto de electrones es llevado a cabo mediante calentamiento de la capa a una temperatura de 50 a 200 °C, más preferiblemente de 100 a 140 °C, por un tiempo que varía de 30 segundos a 2 horas, más preferiblemente de 1 minuto a 1 hora.
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