Síntesis de películas delgadas de TiO₂ con incorporación de metales de transición (Ni y Cr) para aplicaciones en celdas solares sensibilizadas

Abstract

Se sintetizaron películas delgadas de TiO₂ (óxido de titanio), Ni:TiO₂ (0.2, 0.5 y 1 % peso de níquel) y Cr:TiO₂ (0.2, 0.5 y 1 % peso cromo) por el método de sol-gel y fueron depositadas sobre sustratos de vidrio por la técnica de dip-coating. Como precursores se utilizó, para Ti, tetrabutóxido de titanio Ti(OC₄H₉)₄, para Ni, nitrato de níquel hexahidratado [Ni(NO₃)₂*6H₂O] y para Cr, nitrato de cromo nonahidratado Cr(NO₃)₃*9H₂O. Como solvente se utilizó etanol (CH₃CH₂OH), ácido clorhídrico (HCl) como catalizador y agua (H₂O) como agente de hidrólisis. La formación de la solución sol se llevó a cabo a temperatura ambiente. Las películas fueron depositadas y posteriormente llevadas a un tratamiento térmico a 550°C por una hora. Las películas de TiO₂, Ni:TiO₂ y Cr:TiO₂ se caracterizaron por difracción de rayos X y microscopía Raman, los resultados indicaron presente la estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo de la fase anatasa de TiO₂. El tamaño de cristalito de TiO₂ disminuyó con la incorporación de iones Ni²⁺ y Cr³⁺. La transmitancia de las películas fue medida espectrofotometría ultravioleta-visible. Utilizando el modelo de Tauc se calcularon las brechas de energía las cuales en películas con Ni²⁺ aumentó respecto a TiO₂ y con Cr³⁺ en 0.2 y 0.5 % se mantuvo y disminuyó con 1%. El análisis por espectroscopia de energía dispersiva de Rayos X (EDS) no detectó presencias de impurezas relacionadas con Ni o Cr. Por microscopía electrónica de transmisión (TEM) se calculó la distancia interplanar de las redes y se comprobó la presencia de Ni y Cr metálicos. La rugosidad de las películas no varío significativamente con la incorporación de iones Ni²⁺ y Cr³⁺ de acuerdo con los resultados obtenidos por microscopía de fuerza atómica (AFM). Se realizó una cronoamperometría a las películas con ausencia y presencia de luz ultravioleta y visible para conocer la fotorrespueta de los materiales, los resultados señalan que esta propiedad depende de la superficie de la película. La incorporación de iones Ni²⁺ en el TiO₂ fue en la superficie en forma de NiO y Ni metálico, el Cr³⁺ se incorporó también en la superficie en su forma metálica.