Diketopyrrolopyrroles for dye-sensitized solar cells

Abstract

Com foco nos últimos seis anos, o sistema bicíclico dicetopirrolopirrol tem sido cada vez mais utilizado como ”bloco de construção” de materiais (polímeros e moléculas pequenas) para utilização em células solares. Isso deve-se principalmente à sua alta estabilidade ambiental (principalmente fotoestabilidade) e capacidades de transferência de carga. Apesar dos estudos serem ainda recentes, os resultados já alcançados mostraram o tremendo potencial dos dicetopirrolopirróis em células solares. O trabalho descrito nesta tese de Mestrado envolveu a síntese de vários derivados de dicetopirrolopirrol com o objetivo de introduzir unidades fotossensibilizantes ligadas covalentemente ao sistema dicetopirrolopirrol. Os novos compostos podem vir a incorporar um grupo carboxílico para suportar o corante na superfície de um óxido semicondutor das células solares sensibilizadas por corantes (DSSCs). A primeira parte do trabalho consistiu na alquilação ou arilação dos grupos NH de dicetopirrolopirróis comerciais. Posteriormente, foram estudados métodos de funcionalização dos grupos arilo nas posições 3 e 6 dos DPP por reações catalisadas por paládio ou por clorossulfonação. Todos os dicetopirrolopirróis sintetizados foram caracterizados por ressonância magnética nuclear, espetrometria de massa e espectrofotometria de UV-visível. Alguns compostos foram também caracterizados por fluorescência; Abstract: With a focus on the last six years, the bicyclic diketopyrrolopyrrole (DPP) system has been increasingly used as an active building block in materials (polymers and small molecules) used in solar cells. That is mainly due to its high environmental stability (mainly photostability) and charge transfer capabilities. Despite its infancy, the results already achieved have shown the tremendous potential of diketopyrrolopyrroles in solar cells. The work reported in this Master thesis involved the synthesis of several diketopyrrolopyrrole derivatives aiming introducing photosensitizing units covalently linked to the diketopyrrolopyrrole system. The new compounds may be functionalized with carboxylic groups to support the dye firmly at the surface of a semiconductor oxide of dye-sensitized solar cells (DSSCs). The first part of the work consisted in the alkylation or arylation of the NH groups of commercially available DPP. Then, new methods for the functionalization of the aryl groups at 3 and 6 positions of DPP were studied, mainly by palladium catalysed reactions or by chlorosulfonation. All diketopyrrolopyrrole derivatives synthesized were characterized by nuclear magnetic resonance, mass spectrometry and UV-vis spectrophotometry. Some compounds were also characterized by fluorescence.