Proyectos
SÍNTESIS Y ESTUDIOS COMPUTACIONALES DE SEMICONDUCTORES TIPO CdS EN PELÍCULA DELGADA USANDO EQUIPO DE BAJO COSTO DE DIP COATING MEJORADO CON PIEZAS DE IMPRESIÓN 3D Y UN ESCENARIO DESLIZANTE
Resumen
La producción de materiales fotovoltaicos ha sido un eje de investigación relevante para la comunidad académica y general desde hace varias décadas, cuando la necesidad de un cambio en el paradigma de generación de energía se hizo evidente como factor clave para la disminución o remediación de los efectos del cambio climático global[1], [2]. En términos de nuevas fuentes de energía, la energía solar tiene una amplia investigación en nuevas formas de producción[3], [4], [5], [6], [7] respecto a las formas convencionales basadas en equipos de infraestructuras costosas, al necesitar de alto vacío, grandes cantidades de energía eléctrica y costos de mantenimiento elevados. Dentro de las nuevas formas de producción de materiales semiconductores para celdas solares en película delgada, las técnicas basadas en síntesis química en disolución acuosa u orgánica revisten gran atractivo por su bajo costo y posibilidades de escalamiento a nivel de producción masiva de la industria[8]. La técnica de síntesis de recubrimiento por inmersión (del inglés Dip Coating) es, entonces, una técnica atractiva por su facilidad de uso[9], [10], [11], al consistir en la reacción sobre un sustrato (generalmente vidrio/vidrio conductor) de unos precursores de materiales que pueden ser tanto inorgánicos como orgánicos, que generan una película delgada del material deseado cuando el sustrato se sumerge verticalmente, a velocidad controlada, en la disolución en la que están los compuestos precursores. Con la mencionada técnica de Dip Coating se pueden sintetizar gran variedad de materiales semiconductores para celdas solares: Capas Absorbentes de CIGS (sulfuros de Cobre, Indio y Galio: Calcopiritas)[12], CZTS (sulfuros de Cobre; Zinc, Estaño: Kesteritas)[13], Perovskitas Híbridas de Yodo/Bromo/Cloro con Cesio Metilamonio o Formamidinio[14], [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22]; capas HTL (Hole Transport Layer) como P3HT[23], Spir-O-MeTAD o sustratos grafénicos[24], y capas ETL (Electron Transport Layer) como Dióxido de Titanio o Estaño, Molibdeno o sus sulfuros semiconductores[23], etc. Sin embargo, los equipos comerciales estandarizados de Dip Coating incorporan microelectrónica avanzada para el control de la inmersión de los sustratos y los tiempos de reacción que los hacen costosos para estudios de baja escala, con precios del orden de $USD 2 000 o superiores, según las prestaciones que brinde un determinado equipo. Frente a lo anterior, en el presente proyecto se propone la construcción de un equipo para síntesis por Dip Coating de bajo costo, usando software y placas de control Arduino, pero con mejoras sustanciales en piezas de impresión 3D para reducir los costos de producción, y la implementación de un escenario deslizante en XZ para poder hacer varias etapas de inmersión en diferentes precursores simplemente moviendo la torre vertical que porta los sustratos. Para validar en alguna medida la capacidad del equipo de sintetizar películas de calidad, se propone la síntesis de un semiconductor de referencia para la investigación fotovoltaica, el Sulfuro de Cadmio. La calidad del material sintetizado será evaluada por medidas de Difracción de Rayos X, Transmitancia y Reflectancia Ópticas, además de la comparación de sus propiedades con cálculos computacionales basados en Teoría de Funcionales de Densidad (DFT), los cuales han madurado durante varias décadas lo suficiente, en su cuerpo conceptual teórico y en su faceta de herramienta de cálculo, como para ser considerados un buen punto de referencia para analizar la calidad de materiales sintetizados experimentalmente[22], [25], [26], [27], [28], [29].
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:Registro único de proyectos
Modalidad:Registro único de proyectos
Responsable