Estructuras mesoporosas de tio2 y su aplicación en celdas solares de tercera generación

En este trabajo de tesis se prepararon peliculas mesoporosas de dioxido de titanio mesoporoso (TiO2-mp) preparadas por el metodo de sol-gel, utilizando diferentes porcentajes del polimero polivinilpirrolidona (PVP), el cual funciona como inductor de porosidad en el material y depositadas por la tecnica de spin-coating. Se hicieron tratamientos termicos de 120 a 600 °C por 1 y 3 horas. A temperaturas mayores de 500 °C y con la ayuda de la tecnica de difraccion de rayos x (DRX) se confirmo que se presentan picos definidos de la fase Anatasa con estructura tetragonal, con tamanos de cristal de 19.5-21 nm. Los analisis de morfologia de superficie arrojaron que el rango de tamano de poros oscilo entre 15-30 nm. Se estimo la porosidad volumetrica por primera vez usando la teoria de promedio volumetrico con la ayuda de analisis de indice de refraccion. Se estimo que la porosidad de las peliculas varia entre 40.3-43.6% cuando las revoluciones por minuto (rpm) del spin-coating variaron de 1000-2500. Estas peliculas TiO2-mp se utilizaron como capas soporte y transportadores de electrones para dos tipos de celdas: 1) celdas sensibilizadas de puntos cuanticos. Para este tipo de celdas se prepararon hetero uniones de seleniuro sulfuro de antimonio (Sb2(SxSe1-x)3) en estado solido como material absorbedor con capas sensibilizadoras de sulfuro de cadmio (CdS) depositadas sobre el TiO2-mp. El CdS se deposito por la tecnica succesive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) y el (Sb2(SxSe1-x)3 por la tecnica de bano quimico (CBD). Se observo que el aumento de capas sensibilizadoras de CdS mejoran el desempeno fotovoltaico, debido a la reduccion de Sb2O3 y al promover una mejor nucleacion del (Sb2(SxSe1-x)3 durante el bano quimico. El mejor resultado fotovoltaico se obtuvo con una celda fabricada a 30 ciclos de CdS (CdS-30). Esta produjo un voltaje de 434 mV, una densidad de corriente de 9.73 mA/cm2 y una eficiencia de 1.69%. 2) celdas de perovskita. Se fabricaron diferentes combinaciones de celdas, variando el material transportador de huecos (HTL, hole transport layer, por sus siglas en ingles), para lo cual se usaron el Poli (3-hexiltiofeno-2,-5-diil) (P3HT) y el spiro-MeOTAD y el porcentaje de PVP incorporado. Para las celdas con P3HT se utilizaron peliculas mesoporosas al 20% de PVP variando las rpm’s en el proceso de spin-coating. Con esto se correlaciono, el espesor y la porosidad volumetrica (se reportara el metodo de porosidad volumetrica) con la eficiencia final del dispositivo. Se encontro que las celdas preparadas a 1500 y 2000 rpm, tuvieron un espesor de 203, 168 nm y una eficiencia de 1.24 y 2.14% respectivamente. La mejor celda con esta configuracion se obtuvo a 1000 rpm (308 nm de espesor y 41.6 % de porosidad), la cual presento una densidad de corriente de 17.15 mA/cm2, generando un 6.29% de eficiencia. Al cambiar el HTL por spiro-MeOTAD, asi como aumentar la porosidad del material se obtuvo el mejor dispositivo con 0.96 V, densidad de corriente de 24.08 mA/cm2, un factor de llenado de 49.22 y una eficiencia del 11.37%.