Síntesis y caracterización de películas delgadas del semiconductor CsPbBr2I con adición de Zn2+ a la estructura de la perovskita y evaluación como material candidato a capa absorbente en aplicaciones fotovoltaicas

Abstract

En el marco de la búsqueda de alternativas sostenibles para la generación de energía, las perovskitas inorgánicas han emergido como materiales prometedores para la fabricación de dispositivos fotovoltaicos de bajo costo. Sin embargo, su limitada estabilidad frente a condiciones ambientales representa un reto importante. Este trabajo tuvo como objetivo estudiar parámetros de síntesis para obtener películas delgadas del compuesto de perovskita CsPbBr2I con propiedades adecuadas como capa absorbente en celdas solares, así como evaluar la incorporación de ZnBr2 como estrategia para mejorar su estabilidad. La síntesis se realizó mediante un proceso de dos pasos, que incluyó evaporación térmica de PbBr2 y posterior inmersión en disoluciones de CsI en metanol. Se identificaron las condiciones óptimas para obtener la estequiometría deseada: espesor de PbBr2 de 410 nm, concentración de CsI de 0,015 M y un tiempo de inmersión de 10 s. Posteriormente, se incorporaron distintas proporciones de ZnBr2 (0 %, 5 %, 10 %) en la película delgada de PbBr2. La caracterización estructural mediante difracción de rayos X mostró una fase cristalina ortorrómbica con buena estabilidad estructural para el material con 5 % de ZnBr2, para un tiempo de evaluación de 60 días. Las propiedades ópticas fueron evaluadas mediante espectroscopía de reflectancia difusa, obteniendo coeficientes de absorción del orden de 104 cm-1 y band gaps entre 2,19 y 2,24 eV. Los resultados indican que es posible obtener capas absorbentes estables y con propiedades ópticas adecuadas mediante una ruta de síntesis sencilla, y que la adición controlada de ZnBr2 mejora su estabilidad sin comprometer su capacidad de absorción, lo que las convierte en candidatas viables para aplicaciones fotovoltaicas. (Texto tomado de la fuente).

In the search for sustainable alternatives for energy generation, inorganic perovskites have emerged as promising materials for the fabrication of low-cost photovoltaic devices. However, their limited stability under environmental conditions remains a major challenge. This work aimed to study synthesis parameters to obtain thin films of the perovskite compound CsPbBr2I with suitable properties for use as an absorber layer in solar cells, as well as to evaluate the incorporation of Zn2+ as a strategy to improve their stability. The synthesis was carried out through a two-step process involving thermal evaporation of PbBr2 followed by immersion in CsI solutions in methanol. Optimal conditions for achieving the desired stoichiometry were identified: PbBr2 thickness of 410 nm, CsI concentration of 0.015 M, and immersion time of 10 s. Different proportions of ZnBr2 (0 %, 5 %, and 10 %) were subsequently incorporated into the PbBr2 layer. Structural characterization by X-ray diffraction revealed an orthorhombic crystalline phase with good structural stability for the material containing 5 % ZnBr2, for an evaluation period of 60 days. Optical properties were evaluated using diffuse reflectance spectroscopy, yielding absorption coefficients on the order of 104 cm-1 and band gaps ranging from 2.19 to 2.24 eV. The results demonstrate that stable absorber layers with suitable optical properties can be obtained through a simple synthesis route, and that the controlled addition of Zn2+ enhances their stability without compromising light absorption, making them viable candidates for photovoltaic applications.