El presente proyecto tiene la finalidad de diseñar y fabricar dispositivos opto-electrónicos orgánicos para aplicaciones en celdas-solares (sistemas foto-voltaicos: OPVs) y en emisores de luz no incandescente (sistemas electro-luminiscentes: OLEDs); incluyendo investigaciones básicas a realizar en los materiales y dispositivos tecnológicos de interés actual, para ello se implementarán metodologías novedosas equivalentes a las implementadas en países líderes en las áreas abordadas. Los sistemas OLEDs/OPVs requieren de depósito de películas delgadas en sistemas multicapas hetero-estruturadas que se elaborarán, primeramente, por la técnica de Spin-Coating (pruebas primarias) y posteriormente por evaporación física en un equipo a alto vacio (sistemas seleccionados para su optimización con alta pureza). El desarrollo de una metodología propia ("know-How") para el desarrollo y funcionamiento operacional óptimo de estos dispositivos, que contengan como parte nuclear materiales orgánicos y metal-orgánicos funcionalizados para estas aplicaciones, es la parte medular de este proyecto. Los diferentes compuesto y dispositivos elaborados con ellos, serán caracterizados integralmente en cuanto a sus propiedades ópticas y electrónicas básicas (efectos ópticos no-lineales, foto-conductividad y generación de excitones, identificación de estados energéticos HOMO-LUMO, determinación de mecanismos de intercambio de energía, de transferencia de carga intra-/inter-molecular, identificación de plasmones y zonas de transparencia, etc.), así como en su eficiencia en la producción ya sea de emisión de luz (eficiencias quánticas de luminiscencia) o de generación de energía eléctrica (celdas solares), esto mediante diagramas de densidad de corriente vs. Voltaje aplicado. Para ello, nos auxiliaremos de técnicas espectroscópicas convencionales (Foto-luminiscencia, FTIR, Raman y UV-Vis), de diversas técnicas de espectroscopia óptica nolineal ONL (SHG, THG, TPA y Z-Scan), así como de espectroscopias láser resueltas en tiempo (TR-2PP,TTR/TTT, TRP), implementando radiación de láseres pulsados en multi-frecuencia (sistema OPO, Régimen: ns) y mediante la instrumentación de un láser de pulsos ultra-cortos (sistema Ti:Zaf, Régimen: fs). Cabe mencionar que diversos materiales diseñados para este fin se encuentran ya disponibles gracias a la colaboración establecida con colegas químicos expertos en la síntesis orgánica. Asimismo, es importante mencionar que el desarrollo de los dispositivos opto-electrónicos orgánicos propuestos es de gran interés actual, tanto para la academia como para industrias de "alta tecnología" del área de energías renovables e iluminación. En efecto, estas tecnologías prometen varias aplicaciones, además de ser ecológicamente "amigables" y de bajo costo. Es de destacar, que dada la formación en Propiedades Opticas de la Materia, Ciencia e Ingenieria de Materiales y Laseres de Pulsos Ultra-Cortos de los investigadores solicitantes y colaboradores, se cuenta con la experiencia y conocimiento científico-técnico necesario para llevar a cabo las investigaciones propuestas dentro de este proyecto exploratorio, que sentara las bases para proyectos futuros y de una nueva línea de investigación con perspectivas (a llevar a cabo dentro del nuevo laboratorio: Lab. de Opto-Electrónica Orgánica). Finalmente, podemos asegurar que el desarrollo del presente proyecto representaría un impulso muy importante para nuestro equipo experimental, comprometido en generar experiencia/conocimiento propio, básico y aplicado, en aéreas de investigación/desarrollo de frontera.

A) CONTRIBUCIONES CIENTÌFICAS:

1) Grupo de Trabajo: Consolidar un grupo de trabajo científico interdisciplinario entre algunos investigadores del CCADET-UNAM, IIM-UNAM, FC-UNAM y la Universidad Anáhuac-Norte con la finalidad de establecer metodologías adecuadas aplicables en la caracterización integral y el desarrollo funcional optimizado de dispositivos opto-electrónicos orgánicos: OLEDs y OPVs. Se considera entonces que con el presente apoyo se podrá aportar una nueva herramienta metodológica que conduzca al desarrollo de “Know-How” propio (actualmente prácticamente inexistente en el país) para la fabricación de elementos opto-electrónicos orgánicos avanzados de relevancia para el país.

2) Síntesis de Materiales: Diseñar y sintetizar nuevas moléculas orgánicas y metal-orgánicas (aparte de las existentes actualmente para el desarrollo del proyecto) con funcionalizaciones adecuadas para exhibir efectos opto-electrónicos mejorados para aplicaciones en OLEDs y OPVs.

3) Desarrollo de Infraestructura Experimental y Nuevas Técnicas de Medición en nuevo Laboratorio del CCADET-UNAM: Desarrollar, acondicionar, equipar y ampliar la infraestructura de un nuevo laboratorio en el CCADET-UNAM (55m2 ya disponibles) que se dedicará exclusivamente a la opto-electrónica orgánica (único en la UNAM), realizando estudios tanto a nivel fundamental en forma experimental, como desarrollando aplicaciones tecnológicas de trascendencia para el país: A) Construir técnicas experimentales de espectroscopia ultra-rápida con resolución temporal implementando láseres de vanguardia (no existentes actualmente para el nuevo laboratorio de investigación o no disponibles para su uso exclusivo y requerido en esta propuesta y a futuro). Estas técnicas son fundamentales en el diagnostico de las propiedades opto-electrónicas de materiales semiconductores orgánicos. B) Desarrollar e implementar diversas técnicas experimentales para el estudio y análisis de las propiedades electrónicas (foto-conductividad) y C) Desarrollar e implementar diversas técnicas de ONL de tercer orden (absorción y refracción nolineal y generación del THG) en multi-frecuencias ópticas con sistema láser OPO para el estudio de los compuestos orgánicos. Con esto se podrá brindar un diagnostico adecuado acerca de sus propiedades electrónicas y fundamentar la teoría sobre el funcionamiento y eficiencia de los dispositivos OLEDs y OPVs a desarrollar.

4) Análisis Congruente de Resultados Experimentales y Desarrollo de Modelo: Obtención de los parámetros relevantes que determinen los mecanismos de: generación y re-combinación excitónica en los dispositivos opto-electrónicos, de foto-conductividad/movilidad-electrónica, así como los estados electrónicos (HOMO-LUMO) y procesos de transferencia de carga. Esto a partir los resultados experimentales obtenidos en las caracterizaciones eléctricas, ópticas, espectroscópicas y morfológicas. Eventualmente se desarrollará/aplicará un modelo de la estructura de bandas y posibles niveles discretos generados en las interfaces de los materiales semiconductores orgánicos que resulten más exitosos, esto fundamentado en las teorías existentes pero que distan aun de ser satisfactorias.

5) Desarrollo Tecnológico: Establecer las condiciones experimentales y tecnológicas adecuadas, así como una ruta propia, para la fabricación eficiente de sistemas multi-capas (hetero-estructuradas) que sean funcionales en aplicaciones para OLEDs y OPVs: A) Determinación y discriminación de los aspectos tecnológicos más relevantes a tomar en consideración para la construcción funcional de estos dispositivos de OEO. B) Con la experiencia adquirida, se optimizará el proceso de fabricación OLEDs y OPVs para el desarrollo de dispositivos con mayor eficiencia cuántica externa con futuros materiales a desarrollar, esto vislumbra un importante impacto de la presente investigación a largo plazo para la sociedad, dados los potenciales beneficios que se pueden generar debido a la creciente demanda por tecnologías ecológicamente amigables, económicas y basadas en fuentes “limpias” de energía renovable.


B) CONTRIBUCIONES DE FORMACIÓN DE RECURSOS HUMANOS:

1) Trabajo y colaboración inter-disciplinaria en la formación de recursos humanos: Generar y coadyuvar, dentro de la inter-colaboración académica, en la formación de maestros y doctores en las temáticas propuestas para generar nuevos conocimientos y recursos humanos altamente calificados (además de los estudiantes a cargo del proponente, otros estudiantes de Maestría/Doctorado de la contraparte Química se verán ampliamente beneficiados con las investigaciones aquí propuestas para el desarrollo de dispositivos OLEDs y OPVs, que serán realizados con las moléculas resultantes de la síntesis de sus trabajos respectivos de investigación).

2) Estudiantes Graduados: Concretamente: se espera lograr la titulación por medio de trabajos de tesis de investigación experimental de al menos dos estudiantes involucrados dentro del presente proyecto (bajo la tutela estricta del proponente de este proyecto): uno de nivel Maestría y uno de nivel Doctorado. Como se menciono, otros estudiantes de Posgrado (asociados a los participantes y al segundo investigador responsable de esta propuesta en el área de Ciencia de Materiales, Química, Física e Ingeniería Eléctrica), serán también beneficiados con el apoyo brindado a este proyecto, dadas las actividades experimentales multi-disciplinarias y metas propuestas que encuadraran bien dentro de sus respectivas tesis.


NOTA: Se espera captar a varios de estos estudiantes en las primeras etapas de desarrollo del proyecto (estudiantes de posgrado) y a algunos (de nivel licenciatura) en las etapas finales del mismo.