Manifiesta que el TiO2 es usado para foto generación de hidrógeno a partir del agua, degradación de Contaminantes bajo irradiación de luz visible y para celdas solares. Sin embargo, una limitación es que TiO2 anatase tiene un band gap amplio de aproximadamente 3.2 eV y puede absorber solo en la región ultravioleta (UV) (<380nmq. Esto reduce gravemente la utilidad de la energı́a solar al 5 %. Por medio de la simulación computacional en el marco de la Teorı́a Funcional de la Densidad (DFT) implementada en el código WIEN2k, usando la aproximación GGA-PBE, se ha observado que la fase anatase de TiO2 dopada con F, N o el codopado F-N exhibe una disminución en el band gap hasta en un 17 % para el dopado con N a una concentración de 10.4 %, y que esta reducción del gap está asociada a la mejor absorción en la zona visible del espectro de los sistemas estudiados. Los resultados indican que TiO2 anatase dopado en distintas concentraciones puede aumentar la eficiencia de celdas fotovoltaicas y que este aumento en la eficiencia es proporcional a la concentración del elemento dopante para los sistemas monodopados. El codopado, que continuamente es reportado como mejor, en cuanto a la reducción del gap y la absorción de radiación, en comparación con el monodopado, no ha mostrado serlo en el sistema de codopado por sustitución con N y F, en la región comprendida entre 1.70-2.79 eV. El efecto sinérgico del codopado solo es verificado en la región azul-violeta del espectro visible. La absorción de los sistemas en la parte visible del espectro, predomina en regiones por debajo del gap, esto se ha asociado al acoplamiento vibronico y a transiciones entre niveles de excitones. / Tesis

In thepresent work, we study the optical properties of semiconductors near the fundamental absorption taking into account disorder induced tail states. In particular, we pay special attention to GAAs and lead halide perovskites. We address existing models for the description of the absorption spectra, and extend them in the band fluctuations framework. We start with traditional semiconductors where we have developed our models inspired in Jellison-Modine procedure (Tauc-Lorentz model).These models are tested on direct,indirect and amorphous band gap materials such as the ones of the group III −V family. Later, we continue the discussion with the inclusion of the Sommerfeld enhancement factor for understanding the nature of excitonic semiconductors. Here, the Elliott model is modified through the band fluctuations procedure in order to obtain an analytic expression for the imaginary part of the electrical permittivity. This new model accurately describes the band gap and binding energy of systems like GaAs,MAPbBr3, MAPbI3 and MAPbI3−xClx. Furthermore,the impact of the sample temperature on optical parameters such as the band gap can provide information regarding the thermal expansion and th eelectron-phon on interaction in the solid. In particular,if the material exhibits a high electron-phon on coupling,like in the cases of the polar semiconductors, the model describing the exciton can no longer rely on the Hydrogen-like picture, but instead it must be computed with a theory considering exciton-polarons. In the latter case, the exciton is dressed by a cloudofphonons that lower its binding energy. Remarkably, our model for excitonic materials correctly predicts the exciton-polaron binding energies of lead halide perovskites andt heir carrier’s effective massees. Lastly, we emphasize the powerful relation between the optical properties and the thermal properties. Notably, we found a good agreement among our predicted expressions,using the Debye’s model, with other specific heat experimental results.

En la literatura los análisis ópticos y térmicos presentan una desconexión, a pesar de tener un gran ámbito en común desde el punto de vista teórico. La evolución del ancho de banda respecto de la temperatura es un factor muy importante al momento de determinar dicha conexión, ya que, a través de la interacción electrón-fonón se puede derivar la temperatura de Debye que es el nexo entre el ancho de banda óptico y los efectos térmicos. Tal es así que aquí se presentan diferentes teorías, como son las propuestas por Ullrich, O’leary, Jackson, Guerra, y Zanatta para estudiar la absorción en semiconductores, y sus versiones extendidas: Tauc-Lorentz, O’leary- Lorentz o Guerra-Lorentz. Para los efectos térmicos se exploran ajustes que provienen de la interacción de los fonones como son los de los modelos de Varshni, Pässler o Bose-Einstein que describen el comportamiento del ancho de banda óptico con la temperatura del material. Este nexo entre los efectos ópticos y térmicos es aplicado después en los materiales semiconductores como el a-Si:H e In2O3, que son, entre otros, importantes para el desarrollo de tecnologías fotovoltaicas como celdas solares o transistores (ITO). Finalmente probamos que los resultados ópticos y térmicos guardan una buena concordancia, que da lugar a nuevos tipos de acercamientos experimentales a ambas propiedades.

Presenta un estudio sistemático de las propiedades ópticas de películas delgadas de a-SiC y a-SiC:H, crecidas en una atmósfera de argón e hidrógeno con la técnica pulverización catódica de radiofrecuencia. La caracterización óptica es realizada a través de medidas espectroscópicas de transmisión UV/VIS/NIR en incidencia normal. El espesor, índice de refracción y coeficiente de absorción de las películas son calculados a partir de estos espectros de transmitancia. El ancho de banda es determinado usando diferentes modelos del coeficiente de absorción. Asimismo, se reporta la existencia del foco de Urbach de las películas estudiadas. Se han encontrado dos caminos para mejorar las propiedades ópticas de las películas: la saturación de los enlaces libres con la incorporación de hidrógeno y una temperatura óptima del tratamiento térmico a 400 °C.