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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/4110| Celdas solares de perovskita híbrida preparadas en condiciones ambientales sobre substratos de TiO2 nanoestructurado Hybrid Perovskite Solar cells prepared under ambient conditions on nanostructured TiO2 substrates | |
| MARCOS LUNA CERVANTES | |
| Ma. de la Paz Cruz Jáuregui | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| nanoestructuras, TiO2, anodizado, celda solar, MAPI nanostructures, TiO2, anodization, solar cell, MAPI | |
| Se sintetizó una doble capa compacta de TiO2 (Dc-TiO2) utilizando películas de titanio (25 nm) depositadas por erosión iónica sobre substratos de FTO/vidrio. Para obtener la fase anatasa del TiO2, se sometieron los substratos de Ti/FTO/vidrio a un tratamiento térmico de 450 °C durante 4 horas. Posteriormente, se sintetizaron nanoestructuras de TiO2 y se estudió su influencia en el desempeño de las celdas solares basadas en la perovskita híbrida de yoduro de plomo de metilamonio (MAPI). Estas nanoestructuras se sintetizaron por la técnica de anodizado, utilizando películas de titanio (300 y 600 nm) depositadas por erosión iónica sobre substratos de Dc-TiO2/FTO/vidrio. Se usó un electrolito con 0.6 wt% de NH4F y un cátodo de grafito. Entre este y la película de Ti se aplicó un voltaje fijo de 30 V. Dependiendo del tiempo de anodizado, se produjeron estructuras: porosas para tiempos de 3 y 4 min; esponjas, en 5 y 6 min; se formaron tubos desde los 7 y hasta los 9 min, y para tiempos más prolongados se observó la degradación por disolución de las estructuras. Para obtener la fase anatasa del TiO2, se sometieron los substratos de TiO2 amorfo obtenidos por anodizado a un tratamiento térmico a 450 °C durante 4 horas. Las estructuras tuvieron un diámetro de poro en el rango de 27 a 47 nm, longitudes de 330 a 800 nm, una brecha de energía de 3.37 ± 0.02 eV y su ángulo de contacto estuvo entre 20 y 27°. Un conjunto de los substratos nanoestructurados de TiO2/Dc-TiO2/FTO/vidrio fueron tratados térmicamente a 100 °C durante 10 minutos, mientras que el otro conjunto no se sometió a tal tratamiento. Sobre ambos conjuntos se depositó una capa de MAPI mediante la técnica de recubrimiento por giro. Para ello se usaron 75 μL de solución de MAPI al 86% m/V y se mantuvo la humedad relativa en 40%. A los 6 s de iniciado el giro se depositaron 500 μL de clorobenceno como antisolvente. El tiempo total de giro se fijó en 45 s y se usaron velocidades de 2000, 3000 y 4000 rpm. Los depósitos se sometieron a un tratamiento térmico de 100 °C por 10 min. Las capas de MAPI más homogéneas se obtuvieron con calentamiento previo del substrato y a una velocidad de 3000 rpm. Su tamaño de grano fue de 296 ± 77 nm, con una brecha de energía de 1.56 eV y el borde absorción aproximado fue de 750 nm. Se observó la fase pura del MAPI (sin presencia de PbI2). Las celdas solares, obtenidas una vez depositado el contraelectrodo de oro por erosión iónica, indicaron que la eficiencia de conversión ... A double compact TiO2 layer (Dc-TiO2) was synthesized using titanium films (25 nm) deposited by ion sputtering on FTO/glass substrates. To obtain the anatase phase, the Ti/FTO/glass substrates were subjected to a heat treatment at 450 °C for 4 hours. Subsequently, TiO2 nanostructures were synthesized and their influence on the performance of solar cells based on hybrid lead iodide methylammonium perovskite (MAPI) was studied. These nanostructures were obtained using the anodization technique, employing titanium films (300 and 600 nm) deposited by ion sputtering on Dc-TiO2/FTO/glass substrates. An electrolyte with a concentration of 0.6 wt% of NH4F and a graphite cathode were used. Between this cathode and the Ti film, a fixed voltage of 30 V was applied. Depending on the anodization time different structures were synthesized: porous in 3 and 4 min, sponges at 5 and 6 minutes, and tubular between 7 and 9 minutes; for longer times degradation by dissolution of the structures, was observed. To obtain the anatase phase, the anodized substrates were subjected to a heat treatment at 450 °C for 4 hours. The structures had a pore diameter ranging from 27 to 47 nm, lengths from 330 to 800 nm, an energy gap of 3.37 ± 0.02 eV and a contact angle between 20 to 27°. A set of nanostructured TiO2/Dc-TiO2/FTO/glass substrates were thermally treated at 100 °C for 10 minutes, the other set was not thermally treated. Onto these substrates a MAPI layer was deposited using the spin-coating technique. For this, 75 μL of an 86% w/v MAPI solution was used, maintaining the relative humidity at 40%. At 6 seconds after the start of spinning, 500 μL of chlorobenzene was deposited as an antisolvent. The total spinning time was fixed at 45 s but the speed was 2000, 3000, and 4000 rpm. The deposits were subjected to a thermal treatment at 100 °C for 10 minutes. The most homogeneous MAPI layers were obtained with preheating of the substrate and a speed of 3000 rpm, resulting in a grain size of 296 ± 77 nm, an energy gap of 1.56 eV, and an approximate absorption edge of 750 nm. The pure MAPI phase was observed (with no presence of PbI2). Solar cells, obtained once the gold counter electrode was deposited by ion sputtering, indicated that the energy conversion efficiency increases with respect to the compact TiO2, when the nanostructured TiO2 substrates are used, with the efficiency being higher by 12.8%, when the nanostructures are tubular. | |
| CICESE | |
| 2024 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Luna Cervantes, M. 2024. Celdas solares de perovskita híbrida preparadas en condiciones ambientales sobre substratos de TiO2 nanoestructurado. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 59 pp. | |
| PROPIEDADES DE LOS MATERIALES | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Nanociencias |
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| tesis_Marcos Luna Cervantes_14 mayo 2024.pdf | Versión completa de la tesis | 5.18 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |