Incorporación de nanopartículas en películas delgadas ferroeléctricas para aplicaciones fotovoltaicas

DI MARCO, M. BELÉN ; SANTIAGO, M. LUZ ; ROLDAN, M. VIRGINIA ; IMHOFF, LUCIA; STRUBBIA, RENATA; PELLEGRI, NORA; STACHIOTTI, MARCELO

Ensenada

Workshop; XVIII Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados, Y-TEC NANO 2018; 2018

Entre las tecnologías fotovoltaicas de la próxima generación, aquellas basadas en materiales ferroeléctricos fotovoltaicos (FE-PV) presentan características únicas. En estos materiales puede generarse una respuesta fotovoltaica estacionaria en la dirección de la polarización, pudiéndose invertir el sentido de la fotocorriente modificando la dirección de la polarización espontánea en el material [1, 2]. Sin embargo, su baja eficiencia ha hecho difícil su aplicación [3, 4]. Una de las estrategias consideradas para resolver esta limitación consiste en incorporar a la película ferroeléctrica nanopartículas de material con un band gap menor que el del ferroeléctrico, para aumentar el rango de absorción en el espectro de luz visible [5, 6]. Se ha reportado un aumento aproximado de 80 veces en la fotocorriente de películas delgadas de PZT con nanopartículas de Ag2O, respecto de la película simple de PZT, alcanzándose una eficiencia en la conversión de energía del 0.195% [7]. En este trabajo se estudió la incorporación de nanopartículas de plata en películas delgadas de PbZr0.52Ti0.48O3 (PZT). Las nanopartículas fueron sintetizadas a partir de la reducción química de AgNO3 en etanol, utilizando el polímero PVP como estabilizante [8]. Para la síntesis de las películas delgadas se utilizó un método de depósito de solución en fase líquida (CSD) por Spin-Coating, utilizando una técnica Sol-Gel modificada empleando acetoin como agente quelante [9]. Se evaluaron diversas estrategias de incorporación de las nanopartículas en los Soles precursores de PZT y condiciones de síntesis de las películas delgadas, con la intención de promover la oxidación de las nanopartículas de Ag y favorecer la estabilización de partículas de Ag2O.Las películas delgadas dopadas con nanopartículas fueron tratadas térmicamente en horno convencional a 650°C. La fracción en volumen de nanopartículas dispersas en la matriz de PZT se calculó en 0.6% para nanopartículas de Ag y 1% para nanopartículas de Ag2O. El análisis de las películas mostró la presencia de partículas de tamaño medio igual a 8nm, con una desviación estándar de 7nm, dispersas en una matriz de PZT en fase perovskita. El espesor de las muestras fue estimado en 320nm. La medición de la constante dieléctrica no mostró dispersión y presentó baja pérdida dieléctrica. El valor de la misma medido a 1kHz fue 940. La muestra presentó un ciclo de histéresis saturado a 50 Hz, con polarización remanente y campo coercitivo de 21 μC/cm2 y 154 kV/cm, respectivamente. Las propiedades eléctricas resultaron comparables con las medidas para el PZT sin dopar, lo cual indica que la inclusión de las nanopartículas no afecta la respuesta ferroeléctrica del material.Referencias[1] von Baltz, R. (1978). Physica Status Solidi B, 89, 419?429.[2] Yang, S.Y., et al (2010). Nature Nanotechnology, 5, 143?147.[3] Qin, M., et al (2008). Applied Physics Letters, 93, 122904.[4] Yuan, Y., et al (2014). Mechanical & Materials Engineering Faculty Publications, Paper 107.[5] Wang, C., et al (2013). Chemical Communications, 49, 3769?3771.[6] Tiwari D. and Dunn, S. (2009). Journal of Materials Science, 44, 5063?5079.[7] Yang, X., et al (2012). Advanced Materials, 24, 1202?1208.[8] Roldán, M. V., et al (2008). Anales AFA, 20, 166-170. [9] Imhoff, L., et al (2017). Journal of Sol-Gel Science and Technology, 83(2), 375-381.