Síntesis y optimización de propiedades de películas delgadas de MAPbI3 con estructura perovskita, depositadas secuencialmente usando una nueva ruta de dos pasos (2020)
En este trabajo se reportan los principales aportes realizados para cumplir los objetivos de esta propuesta de tesis, donde se hizo especial énfasis en la síntesis y el estudio de propiedades ópticas, eléctricas, morfológicas y estructurales de películas delgadas del compuesto híbrido (orgánico/inorgánico) CH3NH3PbI3 (MAPbI3) crecido con estructura Perovskita, usando una nueva ruta de síntesis en dos etapas donde inicialmente se deposita por evaporación del precursor inorgánico PbI2 en ambiente de alto vacío y luego en una segunda etapa se deposita el precursor orgánico CH3NH3I (MAI) por dip- coating; el propósito es crecer este material con propiedades adecuadas para usarlo posteriormente como capa activa de celdas solares. En primera instancia se adecuo el reactor para sintetizar las películas de PbI2, el cual incluye facilidades para monitorear y controlar en forma automática el proceso de deposición de películas delgadas de PbI2 a través de un sistema electrónico desarrollado usando el concepto de Instrumentación virtual (VI); en particular este sistema permite hacer un control electrónico de la temperatura de las fuentes de evaporación del precursor, así como también de la tasa de deposición del material sobre el sustrato usando algoritmos PID (proporcional integral diferencial) y PWM (Pulse-Width-Modulated en inglés) desarrollados con el software Labview. El control automático del reactor permite preparar películas del PbI2 con un alto grado de reproducibilidad del espesor y de sus propiedades. Después de automatizar el reactor, se realizó el estudio de los parámetros de síntesis en tres fases. En la primera se estudió el efecto del espesor y de la temperatura y tiempo de recocido del PbI2 sobre las propiedades del compuesto MAPbI3; en la segunda fase se estudió el efecto de solventes usados en la etapa de dip-coating, de la concentración del CH3NH3I y de la temperatura y tiempo de deposición de la capa de MAI, sobre la formación de la capa de MAPbI3 , y en la tercera fase se llevó a cabo el estudio del efecto de tiempo y temperatura de recocido de la película de MAPbI3 obtenida en la fase anterior. El efecto de estos parámetros de síntesis sobre las propiedades estructurales, morfológicas, ópticas y eléctricas del material crecido a partir de los precursores PbI2 y CH3NH3I depositados secuencialmente mediante el método de dos pasos fueron evaluados mediante difracción de rayos X en donde se encontró que las muestras preparadas presentan mayoritariamente la fase MAPbI3; de otro lado, a través de medidas de reflectancia difusa se determinó el coeficiente de absorción α y el gap de energía Eg, cuyos valores son del orden de 105 cm-1 y 1,58 eV respectivamente, los cuales son adecuados para usar este material como capa activa de celdas solares. Adicionalmente las muestras de MAPbI3 fabricadas se analizaron usando Microscopia Electrónica de Barrido (SEM) cuyos resultados mostraron que estas presentan una morfología constituida por granos de tamaño cercanos a 1μm, con lo cual se garantiza un buen transporte eléctrico. Finalmente, después de optimizar los parámetros de síntesis del compuesto MAPbI3, se fabricaron celdas solares con arquitectura Au/TiO2/ MAPbI3/P3HT/Au, y se evaluó su desempeño a través de medidas de la característica J-V.