Con esta propuesta se planea dar continuidad a un programa de investigación del Grupo de Materiales Semiconductores y Energía Solar (GMS&ES ) cuya meta de mediano plazo es el desarrollo de celdas solares de bajo costo y bajo impacto ambiental, fabricadas a partir de nuevos materiales fotovoltaicos; en este proyecto se hará énfasis en el desarrollo de celdas solares basadas en compuestos híbridos (orgánico/inorgánicos) con estructura perovskita que están siendo intensivamente investigados a nivel mundial. El aporte mas relevante de esta investigación tiene que ver con la síntesis y optimización de las propiedades de compuestos híbridos organico/inorgánico con estructura perovskita para usarlos como capa activa en celdas solares híbridas; estos materiales tienen propiedades ópticas y de transporte eléctrico significativamente mejores que la de los materiales fotovoltaicos orgánicos e inorgánicos usados actualmente en la fabricación de celdas solares, debido a que combinan las excelentes propiedades eléctricas de los materiales inorgánicos y las excelentes propiedades ópticas de los orgánicos. Es importante resaltar que estos materiales, además de tener excelentes propiedades fotovoltaicas están constituidos por elementos abundantes en la naturaleza, no tóxicos y de bajo costo.
Entre los aportes que se harán con el desarrollo de este proyecto se encuentran los siguientes:
a) Diseño e implementación de sistema para la deposición de películas delgadas de compuestos híbridos organico/inorgánicos con estructura perovskita usando técnicas de deposición de precursores tanto en ambiente de alto vacío como en solución por spin-coating. El sistema de deposición incluye control electrónico del proceso realizado con ayuda de algoritmos PID (proporcional integral diferencial) y PWM (pulse width modulation) desarrollados con el software LabView.
b) Obtención de condiciones para la preparación de los materiales usados en la fabricación de celdas solares con arquitectura TCO/ETL/RPbX3/HTL/M. Como capa TCO (transparent conducting oxide) se usarán películas delgadas de SnO2:F (FTO) obtenidas de distribuidores comerciales, como capa ETL(capa transportadora de electrones) se usarán películas delgadas de TiO2 y ZnO depositadas por sputtering R, como capa HTL (capa transportadora de huecos) se usará el polímero conductor P3HT depositado por spin coating y como capa M (contacto metálico) se usara Au depositado por sputtering RF.
Como capa activa se usará el compuesto hibrido orgánico/inorgánico tipo perovskita con composición RPbX3 depositado por evaporación y por spin coating, donde R es el catión orgánico CH3NH3 (metilamonio-MA), Pb el ión metálico y X un anión haluro (yodo). Se hará énfasis en el estudio del compuesto CH3NH3PbI3 (MAPbI3) que es el material más comúnmente usado para la fabricación de dispositivos híbridos tipo perovskita, debido a que tiene excelentes propiedades ópticas y eléctricas.
c) Estudio del efecto de las condiciones de síntesis sobre la las propiedades ópticas, eléctricas, estructurales y morfológicas de todos los materiales que constituyen las celdas solares, a través de caracterización realizada usando técnicas experimentales tales como: Difracción de rayos-x, transmitancia espectral, reflectancia difusa, Microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de impedancia, medidas de resistividad, fotoconductividad transiente y espectroscopía Raman.
d) Fabricación de celda solar híbrida basadas en capa activa de Perovskita con arquitectura FTO/TiO2(ZnO)/MAPbI3/P3HT/Au y evaluación de su desempeño a través de medidas de la característica I-V. |