Nanoestructuras de semiconductores II-VI combinados con grafeno (y derivados) para aplicaciones tecnológicas

Abstract

El presente plan de trabajo tiene como objetivo la síntesis y estudio de nanoestructuras basadas en semiconductores del grupo II-VI, con especial énfasis en el ZnO, combinado con grafeno y sus derivados. Estas combinaciones ofrecen un gran potencial para aplicaciones tecnológicas diversas, como la mejora en la eficiencia de dispositivos fotovoltaicos, específicamente en celdas solares sensibilizadas por colorantes (DSSC), así como en la adsorción y fotocatálisis de contaminantes en agua. El enfoque del trabajo es aprovechar las extraordinarias propiedades sinérgicas entre el ZnO y el grafeno (o derivados), donde el primero actúa como semiconductor clave y el segundo incrementa la transferencia de carga y el rango de absorción solar. Esto permitirá abordar las limitaciones actuales en cuanto a la absorción de luz y el transporte de electrones, optimizando los materiales a nivel nanométrico.Primeramente, se obtendrá grafeno mediante la técnica de deposición química en fase vapor (CVD), una técnica bien establecida para la producción de grafeno de alta calidad. Posteriormente, se llevará a cabo la electrodeposición de semiconductores como el ZnO, un método no solo efectivo por su bajo costo y simplicidad, sino también escalable y adecuado para el crecimiento de películas delgadas sobre grandes áreas. Estas nanoestructuras resultantes serán caracterizadas mediante espectroscopía UV-Vis y técnicas avanzadas de microscopía electrónica y de fuerza atómica, lo que permitirá determinar su morfología y propiedades estructurales. Además, se optimizarán parámetros de crecimiento como la corriente aplicada, la temperatura del baño y la concentración de precursores para mejorar la microestructura y, por ende, el desempeño de los dispositivos fotovoltaicos.Si bien el plan es mayoritariamente experimental, se propone el uso de cálculos ab-initio para entender los mecanismos de nucleación y crecimiento de estas nanoestructuras, así como el impacto del dopaje con litio (Li) en sus propiedades electrónicas y ópticas. Esto complementará el trabajo experimental, permitiendo optimizar los procesos de síntesis y predecir comportamientos a nivel teórico.El desarrollo de estos materiales no solo tiene implicaciones en el ámbito de las energías renovables, sino también en aplicaciones industriales relacionadas con la remediación ambiental. En este sentido, la versatilidad de las heteroestructuras basadas en ZnO y grafeno les confiere un potencial significativo para mejorar los procesos de fotocatálisis y la eficiencia de celdas solares, brindando soluciones sostenibles y económicas para la creciente demanda energética y la conservación del medio ambiente.