Tin an titanium oxide nanostructures and their PEDOT: PSS based compositesApplications in solar cells, thermoelectrics and gas sensors

Resumen

En esta memoria de tesis doctoral se discuten los resultados más significativos sobre la síntesis y caracterización de composites basados en poli(3,4-etilendioxitiofeno)-poli(estireno sulfonato) (PEDOT:PSS) con nanopartículas y otras nanoestructuras basadas en dióxidos o monóxido de estaño y dióxido de titanio(SnO2, SnO y TiO2). Se ha llevado a cabo tanto la síntesis de las nanopartículas y otras nanoestructuras mediante un método de hidrólisis, tanto sin dopar como dopadas con un metal ligero (Li) y un metal de transición (Ni) como una caracterización exhaustiva y su implementación como ánodos de baterías de ion-Li. Igualmente, se han creado láminas de PEDOT:PSS sobre distintos substratos en combinación con ciertos aditivos orgánicos y/o con las nanopartículas, se han caracterizado mediante una gran variedad de técnicas y se han evaluado sus posibles aplicaciones como capas pasivadoras en células solares híbridas, como materiales temoeléctricos y como sensores químico-resistivos de gases. Esta tesis doctoral se puede dividir en dos bloques principales. En primer lugar, se discuten los resultados más importantes de la síntesis de las nanopartículas y otras nanoestructuras de los óxidos semiconductores (SnO, SnO2 y TiO2) tanto sin dopar como dopadas con dos elementos, un metal ligero (Li) y un metal de transición (Ni) en dos concentraciones de precursores del dopante iniciales, llevada a cabo mediante un proceso de hidrólisis. Asimismo, se lleva a cabo una caracterización morfológica, estructural, composicional, luminiscente, eléctrica y electrónica para determinar los cambios optoelectrónicos debido al efecto del dopado. En el caso de SnO2 y TiO2, se valora su posible aplicabilidad como ánodos para baterías de ion-Litio. Correspondiente al SnO se estudia su estabilidad ante distintas condiciones de irradiación UV, temperatura y tiempo de almacenamiento a condiciones ambientales y su transformación a SnO2, observándose la posibilidad de realizar una oxidación local creando un patrón de tamaño micrométrico. En un segundo bloque, se crean láminas delgadas de PEDOT:PSS sobre sustratos de silicio o vidrio mediante un proceso de spin-coating. Se analiza diversos parámetros para obtener láminas de alrededor de 150 nm siendo estos desde el proceso de spin-coating a pre- y post tratamientos químicos o térmicos, además de modificar la mezcla inicial de PEDOT:PSS añadiendo distintos surfactantes (Triton X-100) como disolventes orgánicos como el dimetilsulfóxido (DMSO) o el etilenglicol (EG). Se lleva a cabo una caracterización de las láminas tanto estructural, composicional como química. En particular se combinan las nanoestructuras anteriormente sintetizadas con la matriz polimérica para establecer lo que denominaremos como composites, los cuales también son caracterizados, en particular atendiendo a cambios en la estabilidad del composite respecto a la irradiación UV. Por últimos se valorara la aplicación de las láminas de PEDOT:PSS y de los composites híbridos en tres aplicaciones distintas: como capas pasivadoras de superficies de silicio para células solares híbridas, como materiales termoeléctricos y como sensores de gases. Se observa mayor estabilidad ante irradiación UV para los composites además de una mejor respuesta tanto termoeléctrica como una mayor sensibilidad en la detección de ciertos gases como el etanol.