Propiedades optoelectrónicas en perovskitas halogenadas y su aplicación en energía y sensores

Abstract

[ES] La creciente urbanización e industrialización de las sociedades en las últimas décadas han provocado una alta demanda de energía. No obstante, mientras no se desarrollen fuentes de energía renovables que se constituyan como un reemplazo plausible de las actuales, la liberación de gases de efecto invernadero y sus consecuencias sobre el cambio climático difícilmente serán atajadas. Por ello, se está llevando a cabo una intensa búsqueda de energías renovables para un futuro inmediato. En los últimos años, la perovskita ha alcanzado una gran popularidad, centrando numerosos esfuerzos de investigación debido a sus propiedades ópticas y eléctricas únicas. Como por ejemplo su alto coeficiente de absorción y su alta movilidad de carga. Esta tesis comprende seis artículos científicos en torno a las perovskitas. Por un lado, 3 trabajos estudian los fenómenos ópticos que ocurren en el seno del material, con la finalidad de lograr una mejor comprensión de éstos. Puesto que el conocimiento de estos fenómenos ópticos a nivel individual (cristales aislados) permite modular y adaptar su síntesis y morfología para aplicaciones determinadas. Por otro lado, las perovskitas han sido implementadas en distintos dispositivos para su aplicación en tres campos: fotocatálisis, sensores y fotovoltaica. Por primera vez, se ha logrado utilizar este material para la obtención de hidrógeno llevando a cabo la reacción en fase vapor. Asimismo, diversas composiciones de perovskita se han usado para decorar grafeno y detectar niveles traza de Compuestos Orgánicos Volátiles (COV) como benceno y tolueno. Y finalmente se ha desarrollado una estrategia para insertar en la estructura de la perovskita moléculas orgánicas, de forma que se permite una ampliación de la fotorespuesta en el espectro visible. Por lo tanto, las perovskitas se han implementado exitosamente en aplicaciones de diversa índole, constituyéndose como un material prometedor y fácilmente adaptable a los distintos requisitos de cada campo de estudio.

[CAT] La creixent urbanització i industrialització de les societats durant les últimes dècades han provocat una alta demanda d'energia. No obstant això, fins que no es desenvolupen fonts d'energia renovables que puguen ser un reemplaçament plausible de les actuals, l'alliberament de gasos d'efecte hivernacle i les seues conseqüències sobre el canvi climàtic seran difícilment aturades. Per tant, s'està duent a terme una intensa cerca d'energies renovables per a un futur immediat. En els últims anys, la perovskita ha aconseguit una gran popularitat, centrant nombrosos esforços de recerca a causa de les seues propietats òptiques i elèctriques úniques. Per exemple, el seu al coeficient d'absorció i la seua alta mobilitat de càrrega. Aquesta tesi reuneix sis articles científics al voltant de les perovskites. Per una banda, 3 treballs estudien els fenòmens òptics que ocorren en el material, amb la finalitat d'assolir una major comprensió d'aquests. Donat que el coneixement d'aquests fenòmens òptics a nivell individual (cristalls aïllats) permeten modular i adaptar la seua síntesi i morfologia per a determinades aplicacions. Per altra banda, les perovskites han sigut implementats en diferents dispositius per a la seua aplicació en tres camps: fotocatàlisi, sensors i fotovoltaica. Per primera vegada, s'hi ha aconseguit utilitzar aquest material per a l'obtenció d'hidrogen duent a terme la reacció en fase vapor. Així mateix, diverses composicions de perovskita s'han utilitzat per a decorar grafè i detectar nivells traça de Compostos Orgànics Volàtils (COV) com benzè i toluè. I finalment s'ha desenvolupat una estratègia per a inserir en l'estructura de la perovskita molècules orgàniques, de forma que es permet una ampliació de la fotoresposta en l'espectre del visible. Per tant, les perovskites s'han implementat exitosament en aplicacions de diversa índole, constituint-se com un material prometedor i fàcilment adaptable als diferents requisits de cada camp d'estudi.

[EN] During the last decades, the growing urbanization and industrialization result in a significant need for energy. However, since feasible renewable energy sources should be further developed to replace the current energy source, the release of greenhouse gases and their climate change consequences are difficult to overcome. For that reason, the development of renewable energy sources has been attracting growing research efforts. Recently, perovskites gathered great interest owing to their outstanding optical and electrical properties. For instance, their high absorption coefficient and superior charge mobility. This thesis comprises six scientific articles about perovskites. On one hand, 3 works study the optical phenomena that occur within the material in order to achieve a better understanding. The deep knowledge of these optical phenomena's at the individual level (isolated crystals) enable the modulation and tuning of their synthesis and morphology to match specific applications. On another hand, perovskites have been implemented in several devices for their application in three research fields: photocatalysis, sensors, and photovoltaic. For the first time, this nanomaterial was successfully employed for obtaining hydrogen carrying out the reaction in the vapor phase. Likewise, several perovskite compositions have been used for decorating graphene and detect trace levels of Volatile Organic Compounds (VOC) as benzene and toluene. And finally, it has been developed a strategy to insert organic molecules in the perovskite structure, resulting in an enhanced photoresponse in the visible range. Therefore, perovskites have been successfully implemented in several applications, becoming a promising material and easily adaptable to the different requirements needed in each field of study.