Síntesis y caracterización de nanopartículas de sulfuro de estaño (SnS) en una matriz de poli (3-hexiltiofeno) (P3HT)

Abstract

Tesis de maestría en ciencia de materiales. Éste trabajo de tesis se enfocó en la síntesis de nanopartículas de sulfuro de estaño (SnS) sobre una matriz polimérica de poli (3-hexiltiofeno) (P3HT), para formar el composito P3HT/SnS, con el fin de utilizar este material como capa activa en una celda solar híbrida. La parte polimérica actúa como un material donador de electrones, mientras que el SnS mejora las propiedades ópticas del P3HT incrementando el rango de absorción, además de actuar como un material aceptor de electrones. Las propiedades del P3HT/SnS, dependen principalmente de la interacción y dispersión de las nanopartículas de SnS en la matriz polimérica. Es por esto que se decidió utilizar el método de reacción Líquido-Gas, debido a que se pueden obtener nanopartículas de sulfuros metálicos en solventes orgánicos, mediante la reacción de una solución con la sal precursora y el ácido sulfhídrico (H2S) gaseoso. Para incrementar la interacción entre las nanopartículas de SnS y P3HT, se decidió realizar la síntesis en diclorobenceno, ya que este solvente es el que se utiliza mayormente para disolver el P3HT. La obtención del P3HT/SnS se realizó por medio de dos rutas: en la primera se sintetizaron las nanopartículas de SnS y posteriormente se adicionó P3HT a la solución de nanopartículas SnS (Ex situ). Por otro lado, se sintetizaron las nanopartículas de SnS en presencia de P3HT (In situ). El estudio se enfocó en la generación del P3HT/SnS sintetizado por el método Ex situ. Sin embargo, se estudió el P3HT/SnS obtenido por In situ, aunque solamente sus propiedades ópticas y eléctricas. Las nanopartículas de SnS obtenidas mediante Ex situ tienen la capacidad de mantenerse suspendidas en diclorobenceno (DCB). Se determinó la composición química mediante espectroscopia infrarrojo de transformada de Fourier (FTIR), y espectroscopia de energía dispersiva de rayos-X (XPS), estos mostraron la presencia de SnS/SnS2. Se determinó la energía de banda prohibida por espectroscopia ultravioleta-visible, obteniendo un Eg de 1.3 eV. Mediante difracción de rayos-X (DRX) se determinó que las nanopartículas tienen una estructura ortorrómbica. La morfología del SnS/SnS2 fue observada mediante microscopia electrónica de barrido (MEB) la cual mostró la formación de nanopartículas y nanobarras. Además, se analizaron las propiedades ópticas y eléctricas de los P3HT/SnS generados tanto por el método Ex situ e In situ, mediante fotoluminiscencia, espectroscopia ultravioleta-visible y foto respuesta. El P3HT/SnS generado por Ex situ muestra en fotoluminiscencia, un efecto de apagamiento de señal (quenching), esto es indicativo de una interacción entre las nanopartículas SnS y el P3HT. Los espectros de absorbancia, transmitancia y reflectancia muestran la presencia del borde de absorción del SnS, además del P3HT. Mediante fotorespuesta se observa una disminución en la conductividad del composito, y en contraste, un número de portadores de cargas.