Influencia del método de síntesis en las propiedades optoelectrónicas del ZnO-CeO2

Abstract

Debido a la importancia tecnológica del ZnO, cuyas aplicaciones incluyen celdas solares, LED’s y sensores, en este trabajo se estudió el composito ZnO-CeO2, con el fin de mejorar las propiedades ópticas y electrónicas del sistema. Los materiales en polvo se obtuvieron por el método de sonoquímica. Para las películas delgadas el método de síntesis empleado fue rocío pirolítico ultrasónico (RPU). Con cada uno de los métodos de síntesis se varió el contenido de precursores de óxido de Cerio (CeO2), también conocido como Ceria. La caracterización de los polvos se llevó a cabo por las técnicas de análisis termogravimétrico, análisis térmico diferencial, difracción de rayos X, espectrofotometría UV-Vis (en el modo de reflectancia difusa), espectroscopía de infrarrojo por transformada de Fourier (FT-IR), microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de fotoluminiscencia, fisisorción de N2 e impedancia. Para las películas, se realizaron las mismas caracterizaciones a excepción del análisis termogravimétrico, análisis térmico diferencial, impedancia y fisisorción de N2. Con las técnicas de caracterización usadas fue posible determinar que existe una completa formación de óxido de zinc y óxido de Cerio. Por difracción de rayos X, se determinaron los parámetros de red para las muestras tanto en polvo como en películas, en las cuales se observó que no existe mucha variación al incrementar el porcentaje de Ceria, lo cual indica, que la incorporación del CeO2 ocurre sobre la superficie del ZnO formando segregados. La segregación afectó directamente al tamaño de cristal y las propiedades ópticas de los materiales sintetizados, provocando una sensibilización aparente en el ZnO, debido en parte a la formación de estados localizados en el gap del ZnO, además de la posible formación de una heterounión tipo II, la cual favorece los procesos de óxido-reducción y la separación de los portadores de carga. Al incrementar el porcentaje en peso de Ceria, se disminuye la recombinación de los pares electrón-hueco. El incremento en la conductividad del ZnO, está atribuido a las interacciones entre los átomos de la Ceria con los átomos superficiales del ZnO. A pesar de que con concentraciones de 1 % en peso de Ceria se reporta actividad en la región visible, las muestras en polvo con concentraciones de 7 y 10% presentan una reducción aparente en la brecha de energía del ZnO de 3.2 eV a 3.0 y 2.8 eV, respectivamente, sugiriendo la presencia de estados entre bandas. Para las películas delgadas depositadas a 550ºC, la reducción en la brecha energética fue menor de 3.14 eV (ZnO puro) a 3.13 eV (7%w CeO2). Debido a esto, es posible obtener materiales activos en la región visible con brecha energética menor con concentraciones en peso de Ceria mayor a lo reportado.