Título
Síntesis y caracterización de materiales a base de ZnO y TiO2 dopados con carbono a partir de hidrolizados de bagazo de agave para celdas solares sensibilizadas
Autor
ADRIANA MARISOL AGUILAR TORRES
Colaborador
Luis Felipe Cházaro Ruiz (Director)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
Resumen o descripción
"Las celdas solares sensibilizadas por colorantes (DSSC, por sus siglas en inglés) o también llamadas celdas de Grätzel, presentan como desventaja una baja fotoeficiencia (~5-13%) en gran parte por las propiedades fisicoquímicas del colorante y del semiconductor que la conforman, la amplia banda de energía prohibida (Ebg) que los semiconductores comerciales presentan disminuyen la fotoeficiencia de las DSSC. En este aspecto, se ha reportado que los semiconductores dopados con carbono presentan una disminución en la Ebg y en consecuencia un aumento en la fotoeficiencia de la celda. En el presente trabajo se sintetizaron semiconductores de dióxido de titanio (TiO2) y óxido de zinc (ZnO) dopados con carbono utilizando como precursor de este último hidrolizados de bagazo de agave. Los materiales fueron sintetizados por el método solvotermal asistido por microondas, para ello se realizó un diseño de experimentos en base al compuesto central donde las variables de interés fueron la concentración del precursor del semiconductor y la concentración del hidrolizado de bagazo de agave. Los semiconductores dopados obtenidos fueron caracterizados por diversas técnicas: por espectroscopía ultravioleta-visible acoplada a reflectancia difusa, se calculó el ancho de banda de la Ebg, para el TiO2 dopado con carbono (TiO2-C) se tuvo un corrimiento de la Ebg de 2.9 eV, en cuanto el ZnO dopado con carbono (ZnO-C) presentó un corrimiento de la Ebg de 3 eV; por difracción de rayos X se observó la estructura cristalina de los semiconductores, en el caso del TiO2-C se obtuvieron fases cristalinas como anatasa y rutilo, en una proporción 70:30 respectivamente, y para el ZnO-C se obtuvo la fase cristalina cincita, el tamaño de cristal se determinó empleando la ecuación de Debye-Scherrer para el TiO2-C fue de 3.2 nm y para el ZnO-C fue de 4.25 nm; la morfología de los semiconductores seleccionados se observó por microscopia electrónica de barrido, el ZnO-C presentó una morfología totalmente definida, formando agregados esféricos con un núcleo en su interior y con un tamaño promedio de 3-5 µm, sin embargo, el TiO2-C no se pudo observar por esta técnica debido a sus dimensiones nanométricas por ello se recurrió a microscopía electrónica de transmisión, obteniendo morfologías ovaladas y con tamaños menores a los 5 nm; por espectrofotometría de plasma inducido se hizo análisis elemental de los semiconductores."
"Currently the population increase is reflected in the excessive consumption of fossil fuels for the generation of electric power, to result, it has altered the natural balance of the levels of CO2 in the atmosphere contributing to global warming. Therefore, it has resorted to renewable energies like solar energy. One way to take advantage of this type of energy is through photovoltaic solar cells. In 1991 O´Regan and Grätzel start one new generation of solar cells, called for dye sensitized solar cells (DSSC, by its acronym in English) or Grätzel cells, which, in compared to previous generations, they are more economical and environmentally friendly components; However, present as disadvantage a low photoeficiency (~ 5- 13%) in comparison with other generations, to a large extent by the broad band of energy (Ebg) than the commercial semiconductors present, such is the case of titanium dioxide (TiO2) or P25, which has a 3.2 eV as for zinc oxide (ZnO) presents a 3.26 Ebg eV. In this regard, It has been reported that semiconductors doped with carbon or nitrogen have a decrease in the Ebg and consequently an increase in the photoeficiency of the cell, In the present work, semiconductors were synthesized of TiO2 and ZnO doped with carbon using as forerunner of the latter agave bagasse hydrolysates.The synthesis was the solvotermal microwave-assisted method. This has made a design of experiments based on thecentral compound where the variables of interest were the concentration of the semiconductor forerunner and the concentration of the agave bagasse hydrolyzate. The doped semiconductors obtained were characterized by several techniques: the ultraviolet-visible spectroscopy coupled to diffuse reflectance was used to calculate the bandwidth of the Ebg, for TiO2 doped with carbon (TiO2-C) had a value of 2.9 eV, the ZnO doped with carbon (ZnO-C) had a value of 3 eV; by X-ray diffraction the crystal structure of the semiconductors was observed, in the case of TiO2-C crystalline phases were obtained as anatase and rutile, and for ZnO-C the zincite crystalline phase was obtained, the crystal size was determined using the Debye-Scherrer equation for TiO2-C was from 3.2 nm and for ZnO-C was 4.25 nm; the morphology of the selected semiconductors was observed by scanning electron microscopy; the ZnOC presented a totally defined morphology."
Fecha de publicación
octubre de 2019
Tipo de publicación
Tesis de maestría
Recurso de información
Formato
application/pdf
Repositorio Orígen
Repositorio IPICYT
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