Estudio de la aplicabilidad de Materiales Reticulados Metal-Orgánicos tipo Rudcbpy-UiO-67 como semiconductores en celdas solares

Abstract

Este trabajo fin de grado tiene como objetivo estudiar la posible aplicación del material reticulado metal-orgánico Rudcbpy-UiO-67 como fase fotoactiva en un dispositivo optoelectrónico, debido a su carácter como semiconductor. La elección del MOF UiO-67 se debe a la posibilidad de incorporar en su red un complejo de rutenio que posibilita la absorción de luz en el rango visible del espectro electromagnético. Se han empleado diferentes técnicas de deposición del MOF sobre el dispositivo, en 2D y en 3D. En el caso de la deposición en 2D, se han estudiado distintas variables para poder optimizar el proceso como el tiempo de reacción o la posición del dispositivo dentro del reactor. La técnica de caracterización de difracción de rayos-X determinará si la deposición de la capa de MOF se ha realizado con éxito y permitirá discutir cual es la mejor opción. Una vez depositadas todas las capas necesarias para construir el dispositivo optoelectrónico, se procederá a estudiar su comportamiento. Para ello se irradiarán los dispositivos con un simulador solar y mediante la técnica de espectroscopía de impedancia se obtendrán las curvas de Intensidad/Voltaje, a partir de cuales se pueden obtener los parámetros característicos como la densidad de corriente, el voltaje, el factor de forma y la eficiencia. Así se podrá determinar si el MOF se ha comportado como semiconductor generando la separación de cargas tras ser irradiado con luz visible.

The main aim in this final project is to study the applicability of the metal-organic framework Rudcbpy-UiO-67 as photoactive phase in an optoelectronic device, due to its semiconductor behavior. The reference MOF UiO-67 has been chosen because it is possible to incorporate a ruthenium complex in the framework to enable the light absorption in the visible region of the electromagnetic spectrum. Different techniques for the deposition of the MOF layer, in 2D and in 3D, on the device have been used. For the deposition in 2D, the reaction time and the position of the device inside the reactor have been varied to optimize the process. The X-ray diffraction technique will be used to determine whether the deposition of the MOF layer has been successful or not. The best experimental conditions will be determined. Once the device has been constructed with all the layers, it will be possible to study its behavior. The devices will be irradiated through a solar simulator and the intensity/voltage curves will be recorded employing the impedance spectroscopy technique. The characteristic parameters such as current density, voltage, field factor and efficiency will be calculated from the I/V curves. The results obtained allow us to assess the semiconductor behavior of the MOF, because it is able to generate the charge separated state upon irradiation with visible light.

Aquest treball fi de grau té com objectiu estudiar la posible aplicació del material reticulat metal-orgànic Rudcbpy-UiO-67 com fase fotoactiva en un dispositiu optoelectrònic, a causa del seu caràcter com semiconductor. L’elecció del MOF UiO-67 es deu a la posibilitat d’incorporar a la seua xarxa un complex de ruteni que fa posible la absorció de llum en el rang visible de l’espectre electromagnètic. S’han empleat diferents tècniques de deposició del MOF sobre el dispositiu, en 2D i en 3D. En el cas de la deposició en 2D, s’han estudiat distintes variables per a poder optimitzar el procés com el temps de reacció o la posición del dispositiu dins del reactor. La técnica de caracterització de difracció de raigs-X determinarà si la deposició de la capa de MOF s’ha realizar amb èxit i permetrà discutir quina es la millor opciò. Una vegada depositats totes les capes necessaries per a construir el dispositiu optoelectrònico, es procedirà a estudiar el seu comportament. Per a això s’irradiaran els dispositius amb un simulador solar i mitjançant la técnica d’espectroscopía d’impedància s’obtindran les curves d’intensitat/voltatge, per tal que es puguen obtindre el paràmetres característics com la densitat de corrent, el voltatge, el factor de forma i la eficiència. Això permetrà determinar si el MOF s’ha comportat com semiconductor, generant la separaciò de càrregues després de ser irradiat amb llum visible.