Angel, Felipe A.

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Felipe A. Angel
(562) 2354 9547
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Profesor Asistente
Doctor en Química
University of Rochester (USA), 2015

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El trabajo de nuestro grupo de investigación se enmarca en el área multidisciplinaria de Ciencia de Materiales, campo que combina las ciencias de Química y Física con Ingeniería. Dentro de esta área, nos enfocamos a la Electrónica Orgánica, que estudia tanto la síntesis química como la fabricación y caracterización de dispositivos optoelectrónicos. Particularmente, estudiamos materiales semiconductores orgánicos y perovskitas híbridas orgánicas-inorgánicas para su aplicación tanto en la generación fotovoltaica de electricidad como en la emisión de luz.

Dispositivos fotovoltaicos orgánicos (OPV): Los dispositivos fotovoltaicos (PV) tradicionales han sido largamente estudiados y desarrollados, pero ha sido sólo en la última década que los dispositivos fotovoltaicos orgánicos (OPV) han alcanzado altas eficiencias, haciéndolos competitivos con las actuales tecnologías en el mercado. Los dispositivos OPV tienen una serie de ventajas comparado a su contraparte PV tradicional, tales como menor costo debido al uso de capas ultra finas, viabilidad de los procesos de su fabricación y menor impacto ambiental de sus materiales activos. Igualmente, los dispositivos OPV pueden ser fabricados en sustratos flexibles, haciéndolos más adecuados para su integración con otras aplicaciones, desde materiales para techos, hasta cargadores portátiles. Sin embargo, la actual eficiencia de los dispositivos OPV debe ser mejorada aún más, de modo que sean competitivos en comparación con los dispositivos PV tradicionales y que alcancen el límite máximo teórico. Asimismo, la estabilidad operacional de los dispositivos OPV requiere un mejoramiento significativo para alcanzar una vida útil que sirva para fines prácticos. Nuestro grupo estudia moléculas pequeñas que posean óptimas propiedades eléctricas, ópticas y morfológicas para ser utilizadas como semiconductores en dispositivos OPV. Además, deben demostrar una alta estabilidad por medio de grupos funcionales compatibles con las condiciones operacionales de los dispositivos.

Foto 1 fangelFigura 1. Prototipos de paneles OPV (Konarka).

Dispositivos fotovoltaicos de perovskita (PPV): Una innovadora tecnología fotovoltaica que ha recibido un alto interés en los últimos años es el dispositivo fotovoltaico de perovskita (PPV), el cual ha sobrepasado la eficiencia tanto de los dispositivos OPV como de las celdas solares sensibilizadas por colorante, compitiendo directamente con PV tradicionales. Perovskitas de plumbato trihalogenado de metilamonio (CH3NH3PbX3) han demostrado excelentes propiedades como materiales absorbentes y transportadores de carga. Uno de los aspectos más promisorios de estos materiales es que dispositivos simples en arquitectura pueden ser completados usando los mismos materiales usados en OPV como capas amortiguadoras para la recolección de carga.

A pesar de que las perovskitas pueden ser sublimadas, un limitado número de publicaciones utiliza la técnica de evaporación térmica. Nuestro grupo estudia la fabricación de dispositivos PPV por medio de esta técnica, facilitando su fabricación y reproducibilidad. Existe un escaso número de trabajos sobre la estabilidad de los dispositivos, siendo un área que necesita ser desarrollada. Para que los dispositivos PPV sean consideradas como una opción real en la generación de energía, deben demostrar una alta estabilidad y durabilidad, lo cual requiere un exhaustivo trabajo en la investigación de materiales y dispositivos.

Diodos orgánicos emisores de luz (OLED): El uso de diodos orgánicos emisores de luz (OLED) se ha masificado en la industria de pantallas al punto de reemplazar al cristal líquido (LCDs) en varias aplicaciones, como teléfonos móviles, relojes inteligentes y visores de realidad virtual e, incluso, en el sector de iluminación. Se proyecta que el mercado OLED alcanzará los USD 50 mil millones en la próxima década. A pesar del gran desarrollo que ha experimentado la tecnología OLED, aún hay aspectos científicos y técnicos que limitan una mayor masificación y reducción de sus costos de producción, tales como, la estabilidad y eficiencia de los dispositivos. Una manera de abordar esta última es la aplicación de altas densidades de corriente, lo que genera un aumento en la luminiscencia, sacrificando, sin embargo, aún más la estabilidad de los dispositivos. Una solución para obtener alta luminiscencia aplicando menores densidades de corriente es usar dispositivos en estructura tándem, esto es, dos o más subceldas conectadas en serie por medio de una capa interconectora (IC). Idealmente, una capa IC deber ser capaz de generar e inyectar los correspondientes portadores de carga a las subceldas con cero voltajes adicionales, además de ser ópticamente transparente. Nuestro grupo estudia distintos materiales que puedan ser utilizados como capa IC. Además, exploramos nuevos materiales que posean una alta estabilidad, especialmente aquellos capaces de emitir en la región del azul, el cual aún presenta dificultades de degradación respecto a materiales emisores en el verde y rojo.

Foto 2 fangelFigura 2. Emisión de pixel OLED verde.