Síntesis y caracterización de películas delgadas ZnO y WO3 para ser usadas como ETL en celdas solares tipo perovskita

Abstract

Con este proyecto de tesis se aportó al desarrollo de nuevos materiales usados en la fabricación de celdas solares de bajo costo y bajo impacto ambiental, el cual hace parte integral de un programa iniciado recientemente en el Grupo de Materiales Semiconductores y Energía Solar (GMS and ES) del departamento de Física de la facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Colombia. En este trabajo se contribuyó específicamente en aspectos relacionados con la obtención de condiciones de síntesis de películas delgadas de Óxido de Zinc (ZnO) y Trióxido de tungsteno (WO3) crecidas mediante spin coating, también se realizaron estudios de sus propiedades ópticas, eléctricas, y estructurales, para lo cual, se prepararon muestras variando parámetros de síntesis en un amplio rango. Las propiedades de estas películas se evaluaron mediante el uso de técnicas experimentales tales como espectroscopia UV-VIS-NIR, Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS), conductividad en dependencia de la temperatura y difracción de rayos-x (XRD). Los estudios realizados permitieron concluir que las películas delgadas de ZnO y WO3 obtenidas presentan propiedades ópticas, eléctricas y estructurales adecuadas para ser usadas como capa transportadora de electrones (ETL) en celdas solares basadas en compuestos híbridos orgánico/inorgánicos con estructura tipo perovskita, dispositivos que están siendo intensivamente investigadas a nivel mundial. Adicionalmente, se evaluó el potencial uso de la bicapa WO3/ZnO como capa transportadora de electrones (ETL) en celdas solares basadas en el compuesto híbrido CH3NH3PbI3 con estructura perovskita.

Abstract: This thesis project contributes to the development of new materials used in the manufacture of solar cells of low cost and low environmental impact, this is integral part of a program recently initiated in the Grupo de materiales semicondutores y energía solar (GMS and SE) of the Physics Department of the Universidad Nacional de Colombia. In this work we contributed specifically in aspects related to obtaining conditions of synthesis of thin films of zinc Oxide (ZnO) and tungsten oxide (WO3) grown by spin coating and the optimization of its optical, electrical and structural properties. For this purpose, samples were prepared varying the synthesis parameters in a wide range and the properties of these were evaluated through characterization performed by using experimental techniques such as UV-VIS-NIR spectroscopy, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), conductivity in dependence of temperature and X-Ray diffraction. The studies carried out make it possible to conclude that thin films of ZnO and WO3 grown during this work present optical, electrical and structural properties suitable to be used as electron transport layer (ETL) in solar cells based on hybrid organic/inorganic compounds with structure perovskite, which are being intensively investigated worldwide. Additionally, it was evaluated the potential use of the bilayer WO3/ZnO as ETL layer in hybrid solar cells based on the hybrid compound CH3NH3PbI3.