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Con este proyecto de tesis se aportó al desarrollo de nuevos materiales usados en la fabricación de celdas solares de bajo costo y bajo impacto ambiental, el cual hace parte integral de un programa iniciado recientemente en el Grupo de Materiales Semiconductores y Energía Solar (GMS and ES) del departamento de Física de la facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Colombia. En este trabajo se contribuyó específicamente en aspectos relacionados con la obtención de condiciones de síntesis de películas delgadas de Óxido de Zinc (ZnO) y Trióxido de tungsteno (WO3) crecidas mediante spin coating, también se realizaron estudios de sus propiedades ópticas, eléctricas, y estructurales, para lo cual, se prepararon muestras variando parámetros de síntesis en un amplio rango. Las propiedades de estas películas se evaluaron mediante el uso de técnicas experimentales tales como espectroscopia UV-VIS-NIR, Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS), conductividad en dependencia de la temperatura y difracción de rayos-x (XRD). Los estudios realizados permitieron concluir que las películas delgadas de ZnO y WO3 obtenidas presentan propiedades ópticas, eléctricas y estructurales adecuadas para ser usadas como capa transportadora de electrones (ETL) en celdas solares basadas en compuestos híbridos orgánico/inorgánicos con estructura tipo perovskita, dispositivos que están siendo intensivamente investigadas a nivel mundial. Adicionalmente, se evaluó el potencial uso de la bicapa WO3/ZnO como capa transportadora de electrones (ETL) en celdas solares basadas en el compuesto híbrido CH3NH3PbI3 con estructura perovskita. Abstract: This thesis project contributes to the development of new materials used in the manufacture of solar cells of low cost and low environmental impact, this is integral part of a program recently initiated in the Grupo de materiales semicondutores y energía solar (GMS and SE) of the Physics Department of the Universidad Nacional de Colombia. In this work we contributed specifically in aspects related to obtaining conditions of synthesis of thin films of zinc Oxide (ZnO) and tungsten oxide (WO3) grown by spin coating and the optimization of its optical, electrical and structural properties. For this purpose, samples were prepared varying the synthesis parameters in a wide range and the properties of these were evaluated through characterization performed by using experimental techniques such as UV-VIS-NIR spectroscopy, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), conductivity in dependence of temperature and X-Ray diffraction. The studies carried out make it possible to conclude that thin films of ZnO and WO3 grown during this work present optical, electrical and structural properties suitable to be used as electron transport layer (ETL) in solar cells based on hybrid organic/inorganic compounds with structure perovskite, which are being intensively investigated worldwide. Additionally, it was evaluated the potential use of the bilayer WO3/ZnO as ETL layer in hybrid solar cells based on the hybrid compound CH3NH3PbI3. Maestría

En varios trabajos se ha investigado la incidencia de las características de la capa de Perovskita en la eficiencia en la celda. Hay estudios que comparan el desempeño de diversos materiales para la capa llamada “ETL-ELECTRON TRANSPORT LAYER”. En este trabajo analizamos como son afectados los parámetros que caracterizan a una celda solar de Perovskita, empleando distintas alternativas para la capa llamada “HTL-HOLE TRANSPORT LAYER”. Empleamos el simulador SCAPS-1D (SOLAR CELLS CAPACITANCE SIMULATOR). Hemos hallado una fuerte dependencia del rendimiento de la celda con la diferencia entre el máximo de la banda de Valencia de la Perovskita y el de la capa HTL, y con los dopajes de ambas capas. Rendimientos del 28% se obtienen para lo que hemos denominado condición de bandas planas en la interface HTL- PEROVSKITA. La movilidad de los portadores en la HTL solo disminuye el rendimiento cuando es muy baja. El alto rendimiento calculado demuestra la potencialidad de esta tecnología., The characteristics of the perovskyte layer and its influence on the efficiency of perovskyte solar cells have been investigated recently in several research works. There are also many published studies in which the performance of different materials for the electron transport layer (ETL) in these devices is compared. In this paper, the main parameters of perovskyte solar cells are analyzed by considering different materials for the hole transport layer (HTL). The study is carried out theoretically by applying the device simulation code SCAPS-1D. We have found a strong dependence of the cell efficiency on the energy difference between the top of the valence band in the perovskyte and the HTL, and on the doping level in both layers. Efficiencies in the order of 28% have been obtained for a flatband condition at the interface perovskyte-HTL. The carrier mobilities at the HTL have been shown to degrade the efficiency only for very low mobility values. The high efficiency calculated demonstrates the promising potentiality of this technology., Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES)

El trabajo pretende con asistencia de la técnica de deposición térmica en alto vacío y con los métodos de caracterización (Perfilometría, Microscopia electrónica de barrido SEM y espectrofotometría UV-Vis) obtener información de las propiedades ópticas y morfológicas de capas del material orgánico transportador de electrones 2,2',2(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1- phenyl-1-H-benzimidazole) (TPBi) depositadas sobre sustratos de vidrio variando determinados parámetros (temperatura del sustrato y espesor de la película con una tasa de evaporación constante) controlados en el laboratorio. El estudio realizado permitió obtener los parámetros óptimos de fabricación de la capa delgada y determinar las propiedades ópticas del material orgánico TPBi. Por último, se fabricaron dispositivos OLED tricapa con la siguiente configuración: ITO/NPB/TPBi:Ir(ppy)2(10 %)/TPBi/Al, en este se usa el material orgánico TPBi como capa transportadora de electrones (ETL), a los cuales se les realizó análisis de electroluminiscencia y fotoluminiscencia. \\\\\ . Abstract: This work aspire with assist of the technique of high vacuum thermal deposition and with the characterization methods (Profilometry, SEM scanning electron microscopy and UV-Vis spectrophotometry) to obtain information about the optical and morphological properties of each layer of the electron transport organic material 2,2 ', 2 (1,3,5-benzinetriyl) -tris (1-phenyl-1-H-benzimidazole) (TPBi) deposited on glass substrates varying certain parameters such as (substrate temperature and film thickness with a constant evaporation rate), parameter thar were controlled in the laboratory. The study made it possible to obtain the optimal parameters of thin film fabrication and determine the optical properties of the organic material TPBi. Finally, three-layer OLED devices were manufactured with the following configuration: ITO/NPB/TPBi:Ir(ppy)2(10 %)/TPBi/Al, in this the TPBi organic material is used as electron transport layer (ETL), which were subjected to electroluminescence and photoluminescence analysis. Maestría

Con este proyecto de tesis se contribuyó al desarrollo de nuevos materiales usados en la fabricación de celdas solares de bajo costo y bajo impacto ambiental, el cual hace parte integral de un programa iniciado recientemente en el Grupo de Materiales Semiconductores y Energía Solar (GMS and ES) del departamento de Física de la facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Colombia. En este trabajo de investigación se contribuyó específicamente en aspectos relacionados con la obtención de condiciones de síntesis de películas delgadas de Óxido de Zinc (ZnO) y de Dióxido de Titanio (TiO2) crecidas por spray pyrolysis y en la optimización de sus propiedades ópticas, eléctricas, estructurales y morfológicas mediante correlación de parámetros de síntesis con resultados de caracterización usando técnicas experimentales tales como espectroscopia UV-VIS-NIR, Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS), Microscopía de Fuerza Atómica (AFM), conductividad en dependencia de la temperatura y difracción de rayos-X (XRD). Las películas delgadas de ZnO y TiO2 serán usadas posteriormente en la fabricación de solares basadas en compuestos híbridos orgánico/inorgánicos con estructura perovskita que están siendo intensivamente investigadas a nivel mundial. Adicionalmente se evaluó el potencial uso de la bicapa TiO2/ZnO como capa transportadora de electrones (ETL) en celdas solares híbridas basadas en el compuesto metal-orgánico CH3NH3PbI3 con estructura perovskita. Abstract: With this thesis project it was contributed to the development of new materials used in the manufacture of solar cells of low cost and low environmental impact, which is integral part of a program recently initiated in the Group of Semiconductor Materials and Solar Energy (GMS and SE) of the of Physics Department of the Universidad Nacional de Colombia. In this work we contributed specifically in aspects related to obtaining conditions of synthesis of thin films of Zinc Oxide (ZnO) and titanium dioxide (TiO2) grown by spray pyrolysis and the optimization of its optical, electrical, structural and morphological properties, through correlation of synthesis parameters with results of characterization using experimental techniques such as spectroscopy UV-VIS-NIR, Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), Atomic Force Microscopy (AFM), conductivity in dependence of temperature and X-Ray Diffraction (XRD). The thin films of ZnO and TiO2 will be used later as ETL layer (electron transport layer) of solar cells based on hybrid organic/inorganic compounds with structure perovskite, which are being intensively investigated worldwide. Additionally, it was evaluated the potential use of the bilayer TiO2/ZnO as ETL layer in hybrid solar cells based on the compound metalorganic CH3NH3PbI3. Maestría

En el presente trabajo se optimizaron los parámetros de depósito para obtener películas delgadas de TiO2 para ser usadas como capa conductora de electrones en celdas solares de perovskita orgánica. Para dicho fin las películas deben estar formadas por una capa densa continua y otra mesoporosa. La capa densa continua se depositó sobre substratos de vidrio y óxido de estaño dopado con flúor (FTO), por dos técnicas: la primera, mediante el uso combinado de sol-gel y centrifugado; y la segunda fue la de erosión iónica; en ambas técnicas se determinaron los parámetros de depósito y se compararon las características de las películas (fase cristalina, espesor, rugosidad, uniformidad, brecha de energía y transmitancia). Por sol-gel y centrifugado, se encontró que la solución óptima es usando etanol, agua, ácido nítrico y tetraisopropóxido de titanio, mezclándolos y agitándolos por 20 minutos. Usando esta solución se determinaron los parámetros para crecer las películas, los que fueron de 0.5 ml de solución de TiO2, 5000 rpm, 20 s de tiempo de centrifugado, y calcinación a 500 °C durante 30 minutos. Para la optimización de la capa continua depositada por erosión iónica se obtuvo que usando una presión de oxígeno (9%) y argón de 2.510−3 Torr, 380 °C y una potencia de 120 W con una fuente DC, se obtienen características similares a las películas crecidas por sol-gel. Por ambas técnicas se producen películas con una fase cristalina de anatasa, una superficie homogénea y continua, transmitancia de 88%-93%, y una banda prohibida de 3.38-3.39 eV. La capa mesoporosa se depositó sobre la continua, con el mismo procedimiento de sol-gel y centrifugado ya descrito, pero agregando una cantidad de 0.024 gr para PEG y 0.0038 g de Pluronic F-127 ® por ml de solución y un tiempo de agitación de 90 minutos, lo que produce poros menores a los 2nm. Así entonces se optimizaron los parámetros de depósito que proporcionaron tanto de la capa continua como la mesoporosa de TiO2, de modo que las películas obtenidas sirven para su aplicación como capa conductora de electrones en celdas solares de perovskita orgánica In the present work, the deposition parameters were optimized in order to obtain TiO2 thin films for applications as electron transport layer in organic perovskite solar cells. For this purpose, the films must be constituted by a continuous dense and a mesoporous layer. The first one was deposited over a glass substrate covered with Fluorine-doped Tin oxide, by two techniques, sol-gel assisted by spin coating and sputtering; for both techniques the deposition parameters were determined, and the characteristics of the grown films were compared (crystalline phase, thickness, roughness, uniformity, band-gap and transmittance). Using sol-gel and spin coating, it was found that the optimal solution is made of ethanol, deionized water, nitric acid, and titanium tetraisopropoxide. After these compounds were mixed and stirred for 20 minutes, 0.5 ml of the solution were spin coated at 5000 rpm for 20s and then a heat treatment of 500 °C for 30 minutes was applied. With the sputtering technique, the optimal parameters were an Oxygen (9%) and Argon pressure of 2.510−3 , 380 °C and a DC power of 120 W, obtaining similar characteristics as the films grown by sol-gel. The anatase TiO2 crystalline phase was obtained with both techniques, a homogeneous continuous surface, transmittance between 88%-93%, and a bandgap of 3.383.39 eV were also obtained. The mesoporous layer was deposited over the continuous layer; it was prepared using the same sol-gel and spin coating conditions, but adding 0.024 gr of PEG or 0.0038 gr of Pluronic F-127 ® per 1ml of the prepared solution, both with a stirring time of 90 minutes. Using this organic compounds, pores under 2 nm of diameter were obtained. Therefore, the optimal parameters for growing the dense continuous and mesoporous layer were achieved; consequently the films obtained by both methods can be used as electron transport layers in organic perovskite solar cells

Treball Final de Màster Universitari en Física Aplicada. Codi: SIN019. Curs acadèmic 2012-2013 Scarcity of oil reserves together with the increasing environmental awareness are motivating the scientific community to dedicate much effort toward the development of new technologies for producing energy from renewable sources, including photovoltaics. So far, the main handicap of this technology is the high economical cost, therefore the researchers are focusing on the development of cheaper materials and innovative technologies. Among all the available materials, colloidal quantum dots are expected to be excellent candidates for photovoltaics,due to the combination of low-cost processing, high extinction coefficients, band-gap tunability and relatively high stability. The present work focuses on the study of the working principles of quantum dot based solar cells in the solid state (without liquid electrolytes), by following a standard procedure to prepare the corresponding devices in a reproducible and systematic way. Different samples have been prepared under different conditions and treatments to elucidate their effect on the performance of the devices, which were characterized using different optoelectronic techniques. Devices are prepared on basis to the typical depleted heterojunction configuration (Figura 1), which consists of a mesoporous electron transport layer (TiO2) deposited on a conductive glass (FTO), a PbS quandum dot layer and finally a metalic contact (Au) evaporated on the top. In order to reduce the number of short-circuited devices, a compact layer of TiO2 was included between the mesoporous TiO2 layer and the FTO. The nanostructured TiO2 electrode was functionalized with organic ligands, which promoted an improvement on the FF values and consequently, a significant increase of the device efficiency. Moreover, several parameters such as the amount of photoactive material, the significance of using a mesoporous layer of TiO2 or the effect of the nature of the inter-dot ligands, among others, were studied and optimized. After the realization of this work, we were able to prepare devices in a reliable and systematic manner with maximum efficiencies of 2,1%.