Desarrollo de nuevos materiales y dispositivos para uso en generación de energía limpia. (2019)
Con esta propuesta se planea dar continuidad a un programa de investigación iniciado recientemente por nuestro Grupo, cuyo énfasis es el desarrollo de celdas solares de bajo costo y bajo impacto ambiental. En este contexto se desarrollaran nuevos materiales que están siendo intensivamente investigados a nivel mundial para fabricación de dispositivos de generación fotovoltaica de electricidad debido a que además de tener excepcionales propiedades fotovoltaicas se caracterizan por estar constituidos por elementos abundantes en la naturaleza, no tóxicos y de bajo costo. Los materiales que se planean investigar se usarán para fabricar prototipos de celdas solares con dos arquitecturas diferentes, que tienen en común el hecho de que la mayoría de los materiales que forman parte de su estructura son sintetizados usando técnicas de crecimiento en solución que son de mucho menor costo que las técnicas de crecimiento en ambiente de vacío convencionalmente usadas. El primer tipo de celdas solares incluye solo materiales inorgánicos y serán fabricadas con estructura: Mo/Cu2ZnSnS4/ZnS/iZnO/n+ZnO. El mayor aporte que se hará al desarrollo de este tipo de dispositivo se relaciona con la obtención de condiciones de síntesis de los compuestos Cu2ZnSnS4 (CZTS) , ZnO y ZnS con propiedades adecuadas para ser usados como capa absorbente, ventana óptica y capa buffer respectivamente, usando rutas de síntesis novedosas desarrolladas en nuestro laboratorio. El segundo tipo de celdas solares tiene una arquitectura novedosa que dio recientemente origen a un nuevo tipo de celda solar conocido como celda solar híbrida basada en compuestos organometálicos con estructura perovskita. Este nuevo tipo de celda solar representa una alternativa promisoria a los dispositivos fotovoltaicos que se fabrican actualmente debido a que aprovecha las ventajas que ofrecen tanto los materiales orgánicos como los nanomateriales inorgánicos. Estas se fabrican típicamente con estructura: SnO2:F/ETL/capa absorbente (Perovskita)/HTL/Au. El mayor aporte que se hará al desarrollo de este tipo de dispositivo se relaciona con la síntesis y optimización de propiedades de los materiales a ser usados como capa ETL (electron transport layer), como capa absorbente (Perovskita) y como capa HTL (hole transport layer) respectivamente. En este proyecto serán investigadas películas delgadas del compuesto CH3NH3PbI3 con estructura perovskita crecidas por ""spin coating"" como capa absorbente y películas delgadas del polímero conductor P3HT (poly(3hexylthiofene2,5dyil) crecidas por ""spin coating"" como capa HTL. Adicionalmente se evaluará el potencial uso de películas delgadas de ZnO crecidas por evaporación reactiva y spray pyrolysis y de TiO2 y WO3 crecidas por spincoating sobre las películas de ZnO, como capa ETL. El objetivo es sintetizar y optimizar las propiedades de los materiales arriba mencionados usando herramientas de la nanotecnología y técnicas experimentales tales como: Espectometría XPS, microscopía electrónica SEM, microscopía AFM, difracción de rayosx, espectrofotometría UVVIS, espectroscopía Raman, espectroscopía de impedancia y medidas de conductividad en dependencia de la temperatura y posteriormente usarlos en la fabricación de prototipos de celdas solares inorgánicas con estructura Mo/Cu2ZnSnS4/ZnS/ZnO y de celdas solares hibridas basadas en compuestos organometálicos mesoporosos tipo perovskita con estructura SnO2:F /ZnO/ CH3NH3PbI3/ P3HT/Au.