Proyectos
Desarrollo de nuevos materiales usados en la fabricación de celdas solares orgánicas e inorgánicas
Resumen
Esta propuesta permitirá dar continuidad a las actividades investigativas que el grupo de Materiales Semiconductores y Energía Solar de la Universidad Nacional ha venido realizando en el área de materiales y dispositivos fotovoltaicos y de otro lado dar inicio a un nuevo programa de investigación cuya meta a mediano plazo es la fabricación de celdas solares basadas en nuevos materiales inorgánicos y a largo plazo la fabricación de celdas solares orgánicas basadas en polímeros conductores. Los principales aportes que se planean hacer en el marco de este proyecto se relacionan de un lado con la síntesis de nuevos materiales inorgánicos no tóxicos y de bajo costo que es la mayor limitante que tiene actualmente la manufactura de módulos solares fabricados con tecnología de capa delgada y de otro lado con la implementación de una infraestructura de laboratorio para la síntesis de materiales fotovoltaicos con propiedades adecuadas para la fabricación de celdas solares orgánicas basadas en polímeros conductores y derivados del C60 (PCBM). El desarrollo de celdas solares orgánicas es una actividad de investigación que se realiza por primera vez en el país, sin embargo este campo de investigación es de alta prioridad y pertinencia a nivel mundial [1-4] debido a que con esta tecnología se podrían fabricar módulos solares a costos significativamente más bajos que los logrados con las tecnologías actuales. Otros aportes que se planean hacer en el marco de este proyecto se resumen a continuación: 1. Implementación de infraestructura moderna de laboratorio para la síntesis de películas delgadas de compuestos basados en polímeros conductores y de los compuestos Cu2ZnSnS4 (CZTS) y Cu2ZnSnSe4 (CZTSe) crecidos en la fase kesterita. 2. Optimización de las condiciones síntesis de películas delgadas de los siguientes compuestos: i) (CZTS) y (CZTSe) usados como capa absorbente en celdas solares inorgánicas [5,6] y de In2S3 y ZnS [7,8] usados como capa buffer en celdas solares inorgánicas. La importancia de los compuestos (CZTS) y (CZTSe) radica en el hecho de que son abundantes en la naturaleza, de bajo costo y no tóxicos. Los compuestos In2S3 y ZnS son potenciales candidatos para sustituir al CdS usado generalmente en la manufactura de módulos solares comerciales de película delgada; esta substitución es altamente conveniente desde el punto de vista ambiental, ya que el CdS es bastante tóxico. ii) Polímeros conductores basados en: P3HT: poly(3-hexylthiofene-2,5-dyil y en PEDOT:PSS: poly[3,4-(ethyllenedioxy)-thyofene]:poly(styrenesulfonate. El P3HT es usado como capa activa donora de celdas orgánicas y el PEDOT:PSS como capa buffer que facilita el transporte de huecos hacia el contacto . iii) PCBM-C60 : [1-(3methoxycarbonil)propyl-1-phenyl[6,6]C60. Este compuesto es usado como capa activa aceptora en celdas orgánicas tipo heterojuntura. iv) Mezcla polímero-fullereno (P3HT:PCBM-C60). Este compuesto actúa como capa activa en celdas tipo “bulk heterojunction. Los compuestos basados en polímeros conductores y el PCBM será sintetizados por el método spin coating a partir de reactivos y solventes comerciales. 3. Análisis químico y estudio del estado de oxidación de los materiales sintetizados mediante espectroscopia de electrones Auger (AES) y espectroscopia de fotoelectrones de rayos-x (XPS) y contribución al estudio de propiedades (ópticas, eléctricas, estructurales y morfológicas), usando para ello técnicas experimentales tales como:, espectrofotometría UV-VIS-IR, efecto Hall, microscopía de fuerza atómica AFM, difracción de rayos-x, XRD, espectroscopia Raman, fotoconductividad y herramientas computacionales. 4. Cuatro estudiantes de doctorado y dos de magíster realizarán parte de su tesis dentro del proyecto. De estos, dos estudiantes de doctorado y uno de magíster se vincularían al proyecto para iniciar sus respectivos trabajos de tesis. Adicionalmente un investigador realizará una pasantía posdoctoral dentro del proyecto. La ejecución de este proyecto será realizada con cooperación de otros dos Grupos de investigación de la Universidad Nacional y de investigadores del CINVESTAV-Mexico y del Helmulz Zentrum de Berlin-Alemania.
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:CONVOCATORIA NACIONAL DE INVESTIGACIÓN Y DE CREACIÓN ARTÍSTICA DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA 2010 - 2012
Modalidad:Modalidad 1: Fortalecimiento a grupos de investigación y creación artística con proyección internacional - ALIANZAS DE GRUPOS
Responsable