Desarrollo de un sistema de impresión de recubrimientos de dióxido de estaño (SnO2) con aplicación en celdas fotovoltaicas (2022)
En el presente proyecto se desarrolló un sistema de impresión que permite la fabricación de recubrimientos de dióxido de estaño con aplicación en celdas fotovoltaicas. Fue identificada la necesidad de facilitar la elaboración experimental de estos recubrimientos con el fin de utilizarlos como capa de transporte de electrones o ETL (por sus siglas en inglés) y así contribuir a la investigación que busca aumentar la eficiencia de las celdas fotovoltaicas. Para esto, se realizó una búsqueda bibliográfica con la finalidad de establecer el método de impresión que fue desarrollado considerando criterios de este como: grados de libertad, compatibilidad R2R (Roll to Roll) desperdicio de material, entre otros y criterios del recubrimiento como: espesor y uniformidad. A partir de su análisis, se optó por la técnica blade-coating. Continuo a ello, se realizó el diseño de ingeniería del dispositivo a partir del levantamiento de requerimientos clasificados en funcionales, de restricción y de calidad, que fueron evaluados con matrices de decisión para la selección de procesos y componentes necesarios en el ensamblaje del sistema, exceptuando los requerimientos técnicos que fueron evaluados por el método QFD. A partir de esto, se diseñó y seleccionó la propuesta de la estructura del dispositivo y se llevó a diseño detallado concretando los modelos matemáticos y cálculos junto con el CAD utilizando el software Fusión 360, obteniendo los planos técnicos para ensamblar el dispositivo e imprimir piezas tanto para el dispensador de tinta como el aplicador. Luego, se llevó a cabo el diseño del PCB, que distribuye la energía en el dispositivo, así como la programación de la tarjeta Raspberry Pi 4B para permitir al usuario controlar variables como velocidad, flujo y temperatura por medio de una interfaz gráfica. Finalmente, se diseñó y ejecutó el plan de pruebas y la caracterización de los recubrimientos obtenidos utilizando espectroscopía UV-VIS, microscopía de fuerza atómica (AFM) y perfilometría. Se obtuvo una repetibilidad con un error menor al 10%, así como transmitancias mayores al 90%, espesores menores 5 micrómetros, el menor de 52.43 nm y el mayor de 408.72 nm y rugosidades con picos desde 2.5 nm a 125 nm. Obteniendo como parámetros óptimos una velocidad de 40 mm/s y 100 uL.