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http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/2580| Diseño, fabricación y análisis de celdas Grätzel utilizando (TiO2 Y ZnO):Mg como Foto-Ánodos | |
| Arturo Espinoza | |
| Carlos Zuñiga ana lilia leal-cruz | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Grätzel cells TiO2 ZnO photo-anodes | |
| Estudios recientes sobre celdas Grätzel (CG) se han enfocado en aumentar su eficiencia mediante diversos métodos y diseños, ya que esta depende de las propiedades y características de las distintas capas que las componen. Los foto-ánodos son una parte crucial, ya que deben contar con propiedades como una inyección y un transporte de cargas eficiente. En este trabajo doctoral, se diseñaron e investigaron foto-ánodos de dióxido de titanio (TiO2) y óxido de zinc (ZnO) impurificados con magnesio (Mg) durante la síntesis como de manera superficial, y sensibilizados con tres distintos colorantes: clorofilas, antocianinas y ftalocianinas de zinc para la fabricación de CG. Se plantea la hipótesis de que el Mg en las películas de TiO2 y ZnO sensibilizadas con clorofila aumentará la afinidad en la interfase colorante-semiconductor y la eficiencia en las celdas, debido al Mg presente en la estructura molecular de la clorofila. Se desarrollaron métodos para el depósito de la capa de bloqueo y porosa de TiO2 y ZnO impurificadas con Mg para los foto-ánodos de las CG. En cuanto a las películas de TiO2, se logró el depósito de ambas capas en un solo paso. Las películas fueron caracterizadas mediante espectroscopia Raman, UV-Visible, fotoluminiscencia (PL) y Microscopia electrónica de barrido (SEM, por Scanning Electron Microscope). Los resultados de Raman y UV-Visible mostraron que la estructura cristalina es anatasa para el TiO2 y wurtzita para el ZnO, con un band gap de 3.39 eV y 3.29 eV, respectivamente. SEM reveló una superficie rugosa y porosa en las películas de ZnO, mientras que las películas de TiO2 resultaron ser compactas y densas. Por otro lado, los resultados de PL indicaron que la tasa de recombinación de las cargas disminuye con 0.5 M de Mg en la superficie de las películas de TiO2 y ZnO. Se aplicó el diseño de experimentos ortogonal L9 de Taguchi para la fabricación y optimización de las CG, evaluando cuatro parámetros: concentración de Mg, temperatura de recocido, tipo de colorante en los foto-ánodos y grosor de los espaciadores, cada uno con tres niveles. El análisis L9 reveló que la concentración de Mg y los colorantes tienen la mayor contribución relativa a la eficiencia de las CG de ambos materiales. Además, se observó que reducir el grosor de los espaciadores a 150 μm mejora la eficiencia de las CG. Recent studies on Grätzel cells (CG) have focused on increasing their efficiency through various methods and designs, as this efficiency depends on the properties and characteristics of the different layers that compose them. Photoanodes are a crucial part of this structure, as they must exhibit properties such as efficient charge injection and transport. In this doctoral work, magnesium (Mg)-doped titanium dioxide (TiO2) and zinc oxide (ZnO) photoanodes were designed and investigated, both during synthesis and surface modification. These photoanodes were sensitized with three distinct dyes: chlorophylls, anthocyanins, and zinc phthalocyanines for the fabrication of CG. The hypothesis posited is that Mg in the TiO2 and ZnO films sensitized with chlorophyll will increase the affinity at the dye- semiconductor interface and enhance cell efficiency, owing to the Mg present in the molecular structure of chlorophyll. Methods were developed for depositing the blocking and porous layers of Mg-doped TiO2 and ZnO for the CG photoanodes. For the TiO2 films, both layers were successfully deposited in a single step. The films were characterized using Raman spectroscopy, UV-Visible spectroscopy, photoluminescence (PL), and scanning electron microscopy (SEM). Raman and UV-Visible results indicated that the crystalline structure is anatase for TiO2 and wurtzite for ZnO, with a band gap of 3.39 eV and 3.29 eV, respectively. SEM revealed a rough and porous surface for the ZnO films, whereas the TiO2 films were compact and dense. Additionally, PL results indicated that the charge recombination rate decreases with 0.5 M of Mg on the surface of the TiO2 and ZnO films. The Taguchi L9 orthogonal design of experiments was applied for the fabrication and optimization of the CG, evaluating four parameters: Mg concentration, annealing temperature, type of dye on the photoanodes, and thickness of the spacers, each with three levels. The L9 analysis revealed that Mg concentration and the dyes have the greatest relative contribution to the efficiency of the CG of both materials. Moreover, it was observed that reducing the spacer thickness to 150 μm improves CG efficiency. | |
| Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| 2024-07 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Estudiantes Investigadores Público en general | |
| Espinoza Duarte A. III., (2024), Diseño, fabricación y análisis de celdas Grätzel utilizando (TiO2 Y ZnO):Mg como Foto-Ánodos, Tesis de Doctorado, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica. | |
| ELECTRÓNICA | |
| Versión aceptada | |
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| Aparece en las colecciones: | Doctorado en Electrónica |
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