https://ri-ng.uaq.mx/handle/123456789/8564 2026-04-04T14:14:48Z 2026-04-04T14:14:48Z Valentina Sneha George https://ri-ng.uaq.mx/handle/123456789/12679 2026-02-04T07:09:32Z 2026-01-30T00:00:00Z

Ingeniería de la Dinámica de Transporte de Carga en Celdas Solares Emergentes de Sb2(S,Se)3 Utilizando Capas Transportadoras de Huecos Basadas en Triazatruxeno, SrTiO3 Como Capa Transportadora de Electrones y Nitruro de Carbono Gráfico Como Capa Interfacial Valentina Sneha George El Sb2(S,Se)3 es un material absorbedor emergente, abundante en la tierra y no tóxico, con un ancho de banda ajustable (1.3–1.7 eV), alto coeficiente de absorción y buena estabilidad, convirtiéndose en un candidato prometedor para celdas solares de película delgada. Su eficiencia se limita por el uso de HTLs costosas e inestables, la toxicidad e interdifusión del Cd y el desajuste estructural y electrónico en la interfaz CdS/Sb2(S,Se)3 , que provocan perdidas en VOC y el FF. Esta tesis explora el desempeño de celdas solares Sb2(S,Se)3 mediante tres estrategias complementarias, abarcando un total de 838 configuraciones simuladas en SCAPS1D. En el primer enfoque, se validó un dispositivo base FTO/CdS/Sb2(S,Se)3 /SpiroOMeTAD/Au frente a la eficiencia experimental (~10.75%). La sustitución de Spiro-OMeTAD por HTLs derivadas de triazatruxeno (CI-B2, CI-B3, TAT-H, TAT-TY1 y TAT-TY2) mejoró notablemente la PCE, alcanzando valores superiores al 23% para TAT-TY1, atribuida a un alineamiento óptimo de bandas (CBO = +1.8 eV; VBO = -0.06 eV) que favoreció el transporte selectivo de cargas y redujo la recombinación (~3×1018 cm-3s-1). En el segundo enfoque, se reemplazó la capa CdS por SrTiO3 como ETL libre de Cd. Los dispositivos optimizados mostraron una mayor generación de portadores (3.21×1021 cm-3s-1), una densidad de corriente JSC de 27.52 mA/cm2 y una absorción superior al 70%, reduciendo la pérdida de VOC (~0.39 V) y alcanzando una PCE de 21.91%. Finalmente, en el tercer enfoque, se sintetizó nitruro de carbono grafítico (GCN) mediante polimerización térmica de urea, caracterizado por un ancho de banda de 2.8 eV, permitividad dieléctrica de 7.01 y afinidad electrónica de 3.6 eV. Incorporado como capa interfacial entre CdS y Sb2(S,Se)3, el GCN mejoró el potencial incorporado (Vbi = 0.8 V), redujo las resistencias RCT (~401 O.cm2) y Rs (~3.5 O.cm2), aumentando el FF a 76.07% y la PCE a 27.42%. En conjunto, los resultados demuestran que el uso de HTLs de bajo costo, ETLs libres de Cd y capas interfaciales de GCN puede optimizar sinérgicamente el transporte de carga, la estabilidad y la eficiencia, posicionando al Sb2(S,Se)3como un absorbedor fotovoltaico de alto desempeño y sustentable.

2026-01-30T00:00:00Z Evangeline Linda https://ri-ng.uaq.mx/handle/123456789/12678 2026-02-04T07:09:31Z 2026-01-30T00:00:00Z

Semiconductores avanzados: propuesta de estructuras metal-orgánicas y ftalocianinas como capas transportadoras de huecos en celdas solares Perovskita emergentes libres de plomo, y estudio experimental del dopaje con metales alcalinotérreos en γ-In2S3 para aplicaciones fotocatalíticas Evangeline Linda Atender la creciente demanda de energía minimizando el impacto ambiental requiere desarrollo de tecnologías sostenibles y con bajas emisiones de carbono. La energía solar, ofrece una vía eficaz para la generación de electricidad, la degradación de contaminantes y la producción de hidrógeno mediante procesos fotovoltaicos y fotocatalíticos. Esta tesis presenta un estudio teórico y experimental sobre perovskitas de calcogenuro (CPs) emergentes y nanoestructuras de γ-In2S3 dopadas con metales alcalinotérreos, orientado al desarrollo de aplicaciones solares. En la parte teórica, se analizó el desempeño de las celdas solares SrZrS3 y BaZr0.96Ti0.04S3 empleando marcos metal-orgánicos conductores (c-MOFs) y ftalocianinas metálicas (MPcs) como capas transportadoras de huecos (HTLs) mediante simulaciones con SCAPS-1D. Los dispositivos optimizados con c-MOFs, Cu-MOF ({[Cu2(6-mercaptonicotinate)]NH4}n), NTU9, Fe2(DSBDC), Sr-MOF ({[Sr(ntca)(H2O)2].H2O}n), Mn2(DSBDC), y Cu3(HHTP)2, alcanzaron ɳ superiores al 28%, atribuidas a una mayor separación de niveles quasi-Fermi, alta resistencia a la recombinación (1.4×107 O.cm2), mayor potencial incorporado (~0.99V) y mejor respuesta en el infrarrojo cercano (35%). De forma similar, las HTLs de CuPc, NiPc y ZnPc en dispositivos BaZr0.96Ti0.04S3 lograron PCE de hasta 30.12%, con un incremento del 7-9% en la eficiencia cuántica debido a barreras tipo “cliff” que favorecieron el transporte de huecos y redujeron la recombinación. La parte experimental, se sintetizaron nanoestructuras de γ-In2S3 puras y dopadas con Mg2+, Ca2+ y Sr2+. Los análisis de XRD, HRTEM, espectroscopía Raman, XPS y FESEM-EDS confirmaron la pureza de fase y la reducción del tamaño de cristal, la incorporación de los dopantes y una morfología tipo nanocinta, y observándose que el Ca promovió vacancias de S. Las mediciones UV-Vis, PL, M-S, EIS y efecto Hall mostraron evidenciaron la disminución del Eg (3.67 a 2.41 eV) y una mayor transferencia de carga. El material Ca:γ-In2S3 mostró la mejor actividad fotocatalítica, con una producción de 688 µmol·g⁻¹ de H2 y una degradación del 99.53% del herbicida 2,4-D en 240 minutos, manteniendo ~91% de eficiencia tras 10 ciclos. En conjunto, los resultados destacan el potencial de los c-MOFs y las MPcs como HTLs y el notable desempeño de las nanocintas dopadas de γ-In2S3, resaltando su versatilidad para mejorar la actividad fotocatalítica en semiconductores emergentes.

2026-01-30T00:00:00Z Eupsy Navis Vincent Mercy https://ri-ng.uaq.mx/handle/123456789/12545 2026-01-17T07:09:50Z 2025-11-27T00:00:00Z

Ingeniería de celdas solares tipo perovskita eficientes con base en calcogenuro BaZrS₃ y propuesta de capas inorgánicas de transporte de huecos para SrZrSe₃ y (Ca,Ba)ZrS₃ Eupsy Navis Vincent Mercy Los semiconductores I2-II-IV-VI4 (I = Cu/Ag; II = Ba/Sr/Co/Mn/Fe/Mg; IV = Sn/Ti; VI = S/Se) han despertado un creciente interés como capas absorbentes fotovoltaicas por sus propiedades optoelectrónicas favorables. No obstante, la eficiencia se ve limitada por un déficit elevado de 𝑉𝑂𝐶, atribuible a una desalineación de bandas con la capa tampón tóxica de CdS y a la recombinación próxima al contacto posterior. Para abordar estos retos, esta tesis presenta cuatro estudios: tres evalúan capas tampón no tóxicas como alternativas a CdS en celdas solares basadas en Cu2BaSn(S,Se)4, Ag2BaTiSe4 y Cu2MSnS4 (M = Co, Mn, Fe, Mg); el cuarto examina el efecto de las capas transportadoras de huecos (HTL) en dispositivos de Cu2SrSnS4, empleando el simulador SCAPS-1D. En total, se diseñaron 4,959 dispositivos variando: la capa absorbente, capa tampón, HTL y propiedades de interfaz. Primero, se propone TiS2 como capa tampón para Cu2MSnS4 (M = Co, Mn, Fe, Mg). Frente a CdS, las configuraciones con TiS2 logran eficiencias > 27 %, asociadas a barreras electrónicas reducidas (−0.24/−0.40/−0.04/0.08 eV en TiS2/Cu2MSnS4) y a potenciales incorporados superiores a 1.2 V. Segundo, se evalúa ZrS2 como capa tampón para Cu2BaSn(S,Se)4: ZrS2 se comporta como semiconductor tipo n degenerado, mejora la conductividad del dispositivo y muestra tolerancia a defectos hasta 10¹⁸ cm⁻³. Tercero, se exploran calcogenuros alcalinotérreos (MgS, BaS, CaS, SrS), además de CdS, como capas tampón para Ag2BaTiSe4; alcanzando eficiencias >28 %, atribuible a menor acumulación de la capacitación y a mayor desdoblamiento de niveles cuasi-Fermi. Finalmente, se diseñan celdas de Cu2SrSnS4 con y sin HTL; La celda sin HTL, el campo incorporado se debilita y la curvatura de bandas interfacial se intensifica, dificultando la separación y el transporte de huecos y reduciendo la eficiencia global, lo que resalta la importancia de integrar HTL para elevar la eficiencia. En conjunto, esta tesis ofrece una base teórica sólida para impulsar la mejora del desempeño en celdas I2-II-IV-VI4 y orienta los pasos experimentales para lograr dispositivos más estables y eficientes.

2025-11-27T00:00:00Z Dhineshkumar Srinivasan https://ri-ng.uaq.mx/handle/123456789/12526 2026-01-17T07:09:54Z 2025-11-27T00:00:00Z

Evaluación del rendimiento de celdas solares de perovskitas base calcogenuro: análisis detallado de SrHfSe3 y BaZrS3 con diversas capas de transporte de huecos y propiedades sintonizadas de ABSe3 (A = Ca, Ba; B = Zr, Hf) y aleaciones de Zr-BaHfS3 Dhineshkumar Srinivasan Las perovskitas de haluro de plomo han alcanzado eficiencias fotovoltaicas de hasta 26.9 % en una década; no obstante, su comercialización se ve limitada por su toxicidad y su inestabilidad química. En este contexto, las perovskitas de calcogenuro (CP) emergen como una alternativa prometedora al combinar baja toxicidad, mayor estabilidad y propiedades optoelectrónicas favorables. En esta tesis se investiga el rendimiento de las celdas basadas en CP de SrHfSe3 y BaZrS3, empleando distintas capas transportadoras de huecos (HTL); y se analiza la capacidad de ajuste de ancho de banda prohibida en la familia ABSe3 (A = Ca, Ba; B = Zr, Hf; X = Se) y en BaHfS3 aleado con Zr. Mediante el ajuste sistemático del espesor de capas, la concentración de portadores y la densidad de defectos, se simularon 3043 dispositivos en SCAPS-1D. En la primera parte se evaluó la arquitectura FTO/BaSnO3 /SrHfSe3 /HTL/Au, examinando 41 HTL. La configuración con SnS alcanzó 27.87 % de eficiencia, atribuible a una alineación de bandas favorable, mayor resistencia a la recombinación y absorción extendida hacia el infrarrojo cercano. En la segunda parte se amplió el estudio a ABSe3 (A = Ca, Ba; B = Zr, Hf); CaZrSe3 y BaZrSe3 superaron 30% de eficiencia, impulsadas por una banda prohibida más estrecha, absorción mejorada (53.60%), JSC elevado (29 mA/cm2) y una tasa de generación de 1.19×10 cm-2s-1. En la tercera parte se exploró el BaZrS3 aleado con Zr, obteniéndose eficiencias entre 14.26 % y el 21.94 % según la fracción de aleación; las mejoras se asociaron con un mayor potencial incorporado, incremento de la absorción (~51.05%) y reducción de la recombinación. En la cuarta parte se compararon los HTL tipo delafosita con el estándar Spiro-OMeTAD en dispositivos basados en BaZrS3; los dispositivos con CuFeO2 alcanzaron 28.34 % de eficiencia debido a un VOC superior, favorecido por un mayor desdoblamiento de cuasi nivel de Fermi y por reforzamiento del campo electrostático interno. En conjunto, estos resultados delinean un marco de diseño y optimización para celdas solares CP estables, libres de plomo y de alto desempeño, y establecen lineamientos claros para la validación experimental futura.

2025-11-27T00:00:00Z