Desarrollo de Perovskitas híbridas CH3NH3PbBr3(MAPbBr3) para su aplicación como capa activa en celdas solares de capa delgada

Abstract

En la última década, los materiales tipo perovskita han vuelto a ser tema de conversación dentro del ámbito de investigación en semiconductores a causa del potencial que representan para su aplicación en celdas solares. En la actualidad, se cuenta con métodos de síntesis sencillos y de bajo costo que han permitido migrar de eficiencias iniciales de 3.8% hasta superiores al 25%. Esta última eficiencia atribuida a un tipo particular de estructura conformada por haluros metal-orgánicos (específicamente CH3NH3PbI3). No obstante, se ha visto limitada su aplicación en la industria fotovoltaica debido a la susceptibilidad del material a degradarse. Buscando mejorar la estabilidad química de las perovskitas, para utilizarse como capa activa en celdas solares de capa delgada, en esta tesis de investigación se abordó una posible solución al problema de degradación; concerniente a la utilización de bromo, en reemplazo de iodo, como haluro para la formación de la estructura CH3NH3PbBr3. Por lo cual, para las concentraciones relativas de precursores PbBr2/CH3NH3Br (1-1, 1-0.667, 1-0.5, 1-1.5 y 1-2), disueltos en una solución de Dimetilsulfóxido y Dimetilformida, se dispuso de un proceso de depósito por spin coating de un solo paso. Logrando obtener a través de un recocido a 100 °C por 20 minutos; películas delgadas de perovskita CH3NH3PbBr3 en todas las muestras. Las muestras se caracterizaron por difracción de rayos X (XRD), espectroscopia UV-Vis, microscopio electrónico de barrido (SEM), perfilometría y fotoluminiscencia. Además, se llevó a cabo un registro fotográfico diario para verificar el estado de degradación. Mediante las mediciones de XRD se logró confirmar la cristalización en fase cúbica en todas las muestras de perovskita CH3NH3PbBr3, con orientaciones en los planos (100), (200) y (300). No obstante, se observó la presencia de otros compuestos como PbBr2 y (CH3)2 NH2Br. La medición de la transmitancia por UV-Vis permitió determinar una banda prohibida entre 2.23 a 2.29 eV, situación también corroborada por fotoluminiscencia. La morfología, obtenida por SEM, manifestó mayor uniformidad para relaciones de precursores cercanas al 1-1. Perfilometría estableció que las capas poseen espesores entre 348 nm a 792 nm. Por último, a través del registro fotográfico se logró corroborar que las muestra de CH3NH3PbBr3 superan por mucho la estabilidad química de la perovskita CH3NH3PbI3.