Síntesis, caracterización fotoelectroquímica de películas de nanovarillas de ZnO y su aplicación como fotoánodos en celdas solares sensibilizadas con colorantes

Abstract

En este trabajo de tesis, se investigó la influencia de los parámetros de depósito de la capa de semillas en las propiedades eléctricas y fotoelectroquímicas de películas de nanovarillas de ZnO crecidas sobre sustratos de vidrio conductor transparente (FTO). Las nanovarillas de ZnO se obtuvieron por crecimiento, en una solución sobresaturada de nitrato de zinc, de la capa de semillas de ZnO depositas sobre FTO. Se empleo la técnica de rociado pirolítico para depositar varias películas de semillas de ZnO a partir de soluciones precursoras de acetato de zinc con razones molares etanol/agua (Γ) en el rango de 0 a 0,92. Encontramos que tanto las propiedades eléctricas como fotoelectroquímicas están fuertemente influencias por las condiciones de preparación de la solución precursora. Con el fin de realizar la caracterización eléctrica de las distintas películas de nanovarillas de ZnO sintetizadas, determinación de la resistencia de lámina, resistividad, movilidad y densidad de portadores de carga, se diseñó e implementó un sistema modular cuyos componentes básicos son un electroimán, que genera un campo magnético de hasta 400 mT, una fuente de corriente DC y un multímetro digital de alta resolución. También se desarrolló un conmutador controlable por puerto serial usando una placa Arduino para realizar los cambios automático de los puntos de contacto sobre la muestra, sobre los cuales se debe aplicar la corriente y medir el voltaje requerido por las técnicas de van der Pauw y efecto Hall. Finalmente, se fabricó y evaluó la performance de celdas solares sensibilizadas por colorante (DSSC) usando como fotoánodo las películas de nanovarillas de ZnO sintetizadas. La mayor eficiencia de las DSSC obtenida fue de 0,42% y corresponde a la DSSC fabricada usando como fotoánodo películas de nanovarillas de ZnO con Γ=0,04.

In this thesis work, the influence of seed layer deposition parameters on the electrical and photoelectrochemical properties of ZnO nanorod films grown on transparent conductive glass (FTO) substrates was investigated. The ZnO nanorods were obtained by growing, in a supersaturated zinc nitrate solution, of the ZnO seed layer deposited on FTO. The Spray Pyrolysis technique was used to deposit several ZnO seed films from zinc acetate precursor solutions with ethanol/water molar ratios (Γ) in the range of 0 to 0,92. We found that both the electrical and photoelectrochemical properties are strongly influenced by the preparation conditions of the precursor solution. In order to carry out the electrical characterization of the different films of synthesized ZnO nanorods, determination of the sheet resistance, resistivity, mobility and density of charge carriers, a modular system was designed and implemented whose basic components are an electromagnet, which generates a magnetic field of up to 400 mT, a DC current source (Keithley Model 6220) and a high-resolution digital multimeter (Keithley Model 2701). A switch controllable by the serial port was also developed using an Arduino board to automatically change the contact points on the sample, on which the current must be applied, and the voltage required by the van der Pauw and Hall effect techniques must be measured. Finally, the Dye-sensitized solar cells (DSSC) were fabricated, and its performance evaluated using the synthesized ZnO nanorod films as photoanode. The highest efficiency of the DSSC obtained was 0,42% and corresponds to the DSSC fabricated using ZnO nanorod films with Γ=0,04 as photoanode.