Cristian Moises Días Acosta

Resumen

En este trabajo se presenta el desarrollo de películas porosas y compactas de TiO₂ y de perovskitas de composición química CsPbBr_xI_x-y, así como el desarrollo de películas de carbón como electrodo.  Las películas compactas y porosas de TiO₂ (TiO_2-c y TiO_2-p, respectivamente) fueron generadas mediante spin-coating. La película compacta se obtuvo por sol gel, utilizando como precursor una solución de tetraisopropóxido de titanio, se depositó sobre sustratos de vidrio y vidrio recubierto con óxido de estaño dopado con flúor (FTO). La capa porosa se depositó sobre la capa compacta usando nanopartículas de TiO₂ sintetizadas por sol-gel y nanopartículas comerciales dispersadas en alcohol.

Las perovskitas de CsPbI₃, CsPbBr_1.5I_1.5, CsPbBr_1.8I_1.2 y CsPbBr₂I se obtuvieron en condiciones ambientales, preparando los precursores de perovskita en un solo paso, empleando diferentes proporciones de CsI, PbI₂ y PbBr₂ en dimetil sulfóxido y dimetil formamida (DMSO y DMF, respectivamente) para generar las películas mediante spin-coating, y su posterior tratamiento térmico para obtener la fase fotoactiva de la perovskita deseada. Para el desarrollo de una celda con arreglo Carbón/Perovskita/TiO_2-c/TiO_2-p/FTO/vidrio, fue necesario aplicar una capa de carbón conductor sobre la capa de perovskita por screen printing, la cual presentó alta conductividad eléctrica y homogeneidad.

La caracterización de las perovskitas, del TiO₂ y de la capa de carbón conductor se realizó por las técnicas de microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido acoplado, con un espectrómetro de energía dispersada, difracción de rayos X, espectroscopía infrarroja, espectroscopia de reflectancia difusa y colorimetría. Los resultados obtenidos mostraron que se obtuvieron películas compactas de TiO₂ que recubren completamente al sustrato; las películas porosas de TiO₂ presentaron aglomerados de nanopartículas. Las perovskitas obtenidas presentaron un incremento en la estabilidad de su estructura cristalina al incrementar la concentración de 𝐵𝑟−, permaneciendo la fase fotoactiva por intervalos que oscilaron entre los 30 minutos para la perovskita de CsPbI₃ y más de 1400 horas para la perovskita CsPbBr₂I, con valores de band-gap entre 1.72 y 1.98 eV.

Abstract

The present work exposes the development of porous and compact films of TiO₂ and perovskite with a chemical composition like CsPbBr_xI_x-y in different proportions, as well as the development of conductor carbon films. The compact and porous films of TiO₂ (TiO_2-c and TiO_2-p, respectively) were generated by spin-coating. The compact film was obtained by sol gel, using as a precursor a solution of titanium tetraisopropoxide, it was deposited on glass substrates and glass coated with fluorinedoped tin oxide (FTO). The porous layer was deposited on the compact layer using sol-gel synthesized TiO₂ nanoparticles and one dispersion of TiO₂ nanoparticles in ethanol.

Perovskites of CsPbI₃, CsPbBr_1.5I_1.5, CsPbBr_1.8I_1.2 y CsPbBr₂I were obtained at room conditions preparing the perovskite precursors in one step, using different amounts of CsI, PbI₂ and PbBr₂ dissolved in DMSO y DMF, in order to generate perovskite films by spin-coating and its subsequent thermal treatment to obtain the photoactive phase. For the development of a cell with arrangement: Carbon/Perovskite/TiO_2-c/TiO_2-p/FTO/Glass, it was necessary to apply a layer of conductive carbon over the perovskite layer by screen printing.

Characterization of perovskites, TiO₂ and the conductive carbon layer was performed by different techniques such as optic microscopy, scanning electron microscopy coupled with a scattered energy spectrometer, X ray diffraction infrared spectroscopy, diffuse reflectance spectroscopy and colorimetry. The obtained results indicate that compact films of TiO₂ that were obtained, cover completely the substrate, the porous films present nanoparticles agglomerates. For their part the obtained perovskites shown an increment in the stability when Br- concentration in the crystalline structure increases, remaining the photoactive phase at intervals that oscillate among 30 minutes for the CsPbI₃ perovskite and over 1400 hours for CsPbBr₂I perovskite with band gap values between 1.72 and 1.98 eV. The carbon conductor films, in the conductor carbon electrodes case, these perform an excellent electric conductivity additionally of being a good homogeneous coating for the perovskite’s films.

“Síntesis y caracterización de preovskitas inorgánicas para su uso como capa fotoactiva en celdas solares de tipo perovskita”