Tesis Doctorado
Optimización de la electro-polimerización de pirrol y derivados, con vista a su aplicación en dispositivos electrónicos.
Autor
Herrera-Díaz, Franciso
Institución
Resumen
Considerando la crisis que actualmente entrenta la humanidad en relación con la energía, debido a que las fuentes fósiles se están agotando y a que el proceso de conversión de energía ha provocado enormes daños medio ambientales y es responsable del deterioro de la salud de los ciudadanos y del calentamiento del planeta, la comunidad cientitica se ha propuesto desarrollar tecnología(s) que opere(n) con nuevas fuentes de energía idear, que debenan, por una parte, estar presentes en toda la superficie terrestre en elevadas proporciones y, por otra, que funcionen a través de un proceso de conversión que sea limpio, es decir, que no libere especies contaminantes y no provoque graves daños ecológicos. Entre éstas, destaca la energía solar, útil en el desarrollo de dispositivos ópticos y eléctricos que, en la actualidad, se encuentran en avanzado estado de investigación, lo que ha permitido volcar el interés hacia los semiconductores orgánicos, por cuanto éstos ofrecen la posibilidad de fabricar celdas solares a menor costo y de gran área, con mayor flexibilidad y transparencia. Fue precisamente la experiencia adquirida en el desarrollo de los diodos electro-luminiscentes orgánicos, lo que ha permitido trazar las directrices para la investigación de celdas fotovoltaícas orgánicas, donde la principal dificultad que aún persiste son sus bajos rendimientos, que se atribuyen, principalmente, al débil valor de la superficie de contacto entre la capa que acepta y la capa que dona los electrones. Se propone, así, en este estudio, que las técnicas electroquímicas, útiles en la electro-síntesis y caracterización de estos materiales, pueden también serlo en la manufactura de los dispositivos, ya que la factibilidad de controlar el proceso de electro-polimerización, permitiría modular la morfología del depósito, con vista a aumentar y/o mejorar el contacto entre las capas donoras y aceptoras de electrones, para la fabricación de dispositivos electrónicos multicapa, cuando la capa p está constituida por un polímero. Para ello, se optimizaron las condiciones de electro-síntesis (concentración de monómero en medio aprótico, tipo de substrato electródico, tipo de perturbación electroquímica, tiempo de aplicación de la misma, etc.), con vista a la obtención de polipirrol, poli(N-metilpirrol), policarbazol y poli(N-vinilcarbazol), de superficie cuya morfología resulte muy irregular, o muy uniforme. Con respecto a la obtención de superficies uniformes, se ensayó, además, el uso de TM atrapadores de radicales, ADR", como Tempo o Galvinoxil, en el medio electrolítico, lo que permitió comprobar que éstos permiten ejercer un mayor control sobre el proceso de electro-polimerización, generando depósitos mucho más uniformes y compactos. Así, este nuevo método no sólo resulta útil para el objetivo aquí propuesto, sino que es muy auspicioso con respecto a la obtención de películas cada vez más conductoras. Los electro depósitos de morfología uniforme, o muy irregular, obtenidos en las condiciones óptimas aquí establecidas a partir de la caracterización electroquímica (doping undoping, etc.), se caracterizaron además, por microscopia de barrido electrónico, MEB, y de fuerza atómica, MFA, y se probaron en la fabricación de dispositivos fotovoltaicos. Se demostró que el control de las diferentes variables que gobiernan el proceso de electro-polimerización permite favorecer distintos tipos de nucleación y de crecimiento, implicando un control de la morfología. Así, para favorecer la formación de electro-depósitos de morfología muy irregular, se debe trabajar con concentraciones bajas de monómero y por método potenciodinámico, específicamente, voltamperometría cíclica, a bajas velocidades de barrido de potencial. En cambio, para favorecer la formación de electro-depósitos de morfología más uniforme, se requiere trabajar con concentraciones elevadas de monómero y por método pote nciostático, aplicando la perturbación durante tiempos cortos (de preferencia, pulsos de potencial). Este efecto de las distintas variables experimentales sobre la morfología de los electro-depósitos se puede explicar por el modelo de electro-polimerización propuesto. Por último, la respuesta de los dispositivos preparados llevó a concluir que, efectivamente, la optimización de las diferentes variables experimentales que gobiernan el proceso de electro-polimerización permite obtener depósitos con morfología controlada, sean éstas superficies irregulares, o bien, uniformes, lo cual hace posible mejorar el débil valor de superficie de contacto entre las capas donoras y aceptoras de electrones de dispositivos fotovoltaicos. PFCHA-Becas Doctor en Ciencias Exactas Mención en Química 239p. PFCHA-Becas TERMINADA