Información general
Ph.D. in Chemistry
University of Rochester (USA), 2015
Línea de investigación
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: 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.
Docencia
QIM100 Química General
QIM100I Química General
QIM111 Análisis Instrumental.
QIM517 Celdas Solares
QPG3102 Química Inorgánica Avanzada
Proyectos destacados
Fortalecimiento de la investigación en energía solar fotovoltaica aplicada.
Investigador responsable.
Programa de atracción e inserción de capital humano, ANID (PAI79170049).
Synthesis and evaluation of the side chain effect on the performance of oligomer-like small molecules based on benzodithiophene derivatives as donor materials in organic photovoltaic devices fabricated through thermal evaporation
Co-investigador.
Fondecyt Regular 11181205, ANID.
Publicaciones destacadas
Benzodithiophene-based small molecules for vacuum-processed organic photovoltaic devices.
Yagui, J., Angel, F. A.
Optical Materials (2020).
Silver-induced activation of 8-hydroxyquinolinato lithium as electron injection material in single-stack and tandem OLED devices.
Angel, F. A., Gao, R., Wallace, J. U., Tang, C. W.
Organic Electronics (2018)
Effect of lithium and silver diffusion in single-stack and tandem OLED devices.
Angel, F. A., Wallace, J. U., Tang, C. W.
Organic Electronics (2017).
Understanding the effect of sensitized phosphorescent molecules in organic photovoltaic devices.
Angel, F. A., Tang, C. W.
Organic Electronics (2016).
Degradation of self-assembled monolayers in organic photovoltaic devices.
Angel, F. A., Lyubarskaya, Y. L., Shestopalov, A. A., Tang, C. W.
Organic Electronics (2014).
Redes
UC:
Bárbara Loeb, Facultad de Química y de Farmacia
Loïk Gence, Instituto de Física.
Otras redes:
Ching W. Tang, University of Rochester (EEUU), Hong Kong University of Science and Technology (Hong Kong)
Alexander A. Shestopalov, University of Rochester (EEUU).
Jason U. Wallace, D’Youville College (EEUU).
María Belén Camarada, Universidad Mayor.
Iván González-Pavez, Universidad Central de Chile.
Ignacio A. Jessop, Universidad de Tarapacá.
Gloria Neculqueo, Comisión Chilena de Energía Nuclear.
Premios y Distinciones
Beca para estudios de doctorado en Estados Unidos FULBRIGHT –CONICYT. 2009 – 2013.
Premio a la mejor Trayectoria en la Carrera de Química. Pontificia Universidad Católica de Chile. 2008.
Extensión y Divulgación
C. Espinoza, F. A. Angel, Dual QCM method to control CH3NH3I deposition to obtain reproducible perovskite solar cells through thermal vacuum deposition, póster, XXXIII Jornadas Chilenas de Química 2020, Puerto Varas, Chile.
J. Yagui, F. A. Angel, Síntesis y evaluación de derivados de benzoditiofeno como materiales dadores de electrones en dispositivos fotovoltaicos orgánicos fabricados por evaporación térmica, presentación, XXXIII Jornadas Chilenas de Química 2020, Puerto Varas, Chile.
G. Neculqueo, F. A. Angel, Organic solar cells using lithium compounds, presentación, XXXIII Jornadas Chilenas de Química 2020, Puerto Varas, Chile.
L. Graffo, A. Chong, M. B. Camarada, F. A. Angel, C. Saldías, A. Tundidor-Camba, C. A. Terraza, I. A. Jessop, Síntesis de copolímeros alternantes π-conjugados mediante polimerización por arilación directa, presentación, XXXIII Jornadas Chilenas de Química 2020, Puerto Varas, Chile.
J. Yagui, C. Espinoza, G. Neculqueo, F. A. Angel, Celdas solares orgánicas y perovskitas: síntesis, fabricación y caracterización de dispositivos por evaporación térmica, presentación keynote, 2do Simposio de Nanotecnología 2019, Universidad Mayor, Santiago, Chile.
J. Yagui, C. Espinoza, G. Neculqueo, F. A. Angel, Organic electronic devices: from organic to perovskite solar cells by thermal evaporation, presentación keynote, International Conference on Materials Science 2019, Valdivia, Chile.
J. Yagui, F. A. Angel, Síntesis y evaluación de moléculas oligoméricas pequeñas como materiales dadores de electrones en dispositivos fotovoltaicos orgánicos fabricados por evaporación térmica, póster, V Congreso Nacional de Nanotecnología 2018, Pucón, Chile.
Workshop en conversión de energía y ciencia de los materiales, Instituto de Ciencias Químicas Aplicadas, Universidad Autónoma. F. A. Angel, Presentación: Electrónica Orgánica aplicada a dispositivos OLEDs y OPVs, Santiago, Chile, 2017.
Seminario, Facultad de Química, Pontificia Universidad Católica de Chile. F. A. Angel, Presentación: Electrónica Orgánica: desde principios básicos a dispositivos aplicados, Santiago, Chile, 2016.
IV Congreso Nacional de Nanotecnología. F. A. Angel, J. U. Wallace, C. W. Tang, Póster: Development of efficient organic light-emitting diodes devices using tandem structures, Olmué, Chile, 2016.
MRS FALL Meeting. F. A. Angel, C. W. Tang, Presentación: Understanding the effect of sensitized phosphorescent molecules in organic photovoltaic devices, Boston, EEUU, 2014.
Surface Canada. Y. L. Lyubarskaya, F. A. Angel, A. A. Shestopalov, C. W. Tang, Presentación: Study of self-assembled monolayers as buffer layer in organic photovoltaic devices, London, Canadá, 2013.
NERM Meeting. F. A. Angel, Y. L. Lyubarskaya, A. A. Shestopalov, C. W. Tang, Póster: Study of self-assembled monolayers as buffer layer in organic photovoltaic devices, Rochester, EEUU, 2012.
XII Encuentro de Química Inorgánica. F. A. Angel, B. Loeb, Póster: Diseño de complejos polipiridínicos de rutenio (II), como materiales semiconductores para dispositivos emisores de luz (OLED), Antofagasta, Chile, 2009.
XI Encuentro de Química Inorgánica. M. Arias, M. Quinteros, M. Barrera, F. A. Angel, A. M. Leiva, B. Loeb, Presentación y Póster: Síntesis, caracterización y estudio teórico de compuestos ciclometalados de RuII en su aplicación como fotosensibilizadores en celdas solares fotovoltaicas, Valparaíso, Chile, 2007.