Caracterización de la química y la distribución interna de puntos cuánticos de CdTe en películas nanotubulares de TiO2 mediante XPS

R. IGLESIAS; O. E. LINAREZ PÉREZ; A. ASENJO

Buenos Aires

Encuentro; CaracterizAR 2020 - Caracterización de Materiales. 1er Evento virtual; 2020

IQUIMEFA Universidad de buenos Aires

En los últimos años, el número de estudios relativos a interfases nanoestructuradas para aplicacionesfotovoltaicas ha aumentado notoriamente. Dentro de estos sistemas, uno de los más estudiadoscorresponde a las celdas solares sensibilizadas con puntos cuánticos (Quantum dots sensitized solar cells,QDSSC). Entre las matrices de soporte usualmente empleadas, las películas nanotubulares de TiO2,permiten absorber fotones en el rango UV y, además, su nanoestructuración proporciona una alta áreasuperficial para soportar puntos cuánticos como material absorbente en el rango visible. Dentro de lasprincipales ventajas de estos fotoánodos resalta la posibilidad de modificar su zona espectral de absorciónsintonizando el tamaño de los Quantum dots (Qdots). Sin embargo, se ha encontrado que su funcionalidadpuede ser limitada, siendo inestables en presencia de algunas cuplas redox debido a procesos defotocorrosión. Adicionalmente, se ha evidenciado que la exposición del sistema sensibilizado en solventesde diferente polaridad tiene un efecto importante en las medidas de fotocorriente, relacionados con ladistribución de los Qdots a lo largo de los tubos [1]. En el presente trabajo, se estudia la composición y elcambio químico, obtenidos mediante XPS, al sensibilizar películas nanotubulares de TiO2 con puntoscuánticos de CdTe. Además, se analiza el efecto de la exposición del fotoánodo en solución de Na2S eiluminación en las medidas de fotocorriente, como así también la distribución de los Qdots al exponer elsistema en tolueno y acetonitrilo. En una primera instancia, se realizó la caracterización de los Qdotspreviamente sintetizados dispersados en tolueno (Figura 1A), para luego realizar la sensibilización de losnanotubos de TiO2 por adsorción directa. La distribución y cubrimiento de los Qdots en los nanotubosinfluye en la eficiencia de separación de carga y en la generación efectiva de portadores de carga. Por estose realizó una caracterización química con decapado de las películas mediante espectroscopiafotoelectrónica de rayos X (XPS) para evidenciar la calidad y distribución de CdTe en el interior de losnanotubos de TiO2. En los primeros 100 nm de decapado, se encontró la presencia de especies oxidadasde Te en interacción con TiO2.CdTe, señales que desaparecen a profundidades mayores, manteniéndosesolamente los picos característicos de CdTe. Posterior a las medidas de fotocorriente en Na2S delfotoánodo expuesto en tolueno y acetonitrilo, el análisis químico muestra la desaparición de la señal deTe (Figura 1B). Además, se evidencia que la exposición del fotoánodo sensibilizado y expuestoposteriormente a un solvente de mayor polaridad (acetonitrilo) genera una mayor distribución a lo largode los nanotubos de TiO2 (Figura 1C).En base a estos resultados, se postula que la desaparición de la señal de Te expuestos a soluciones deNa2S se debe a la ocurrencia de una reacción de sustitución, formando CdS.