Fabricación y caracterización de celdas solares sensibilizadas a base de Dióxido de Titanio nanoestructurado

Abstract

Se han desarrollado celdas solares del tipo sensibilizadas con colorante elaboradas en base a dióxido de titanio, en particular estas celdas solares fueron preparadas empleando recubrimientos de nanopartículas de dióxido de titanio comercial P25. Para esto se mezcló el dióxido de titanio nanocristalino con etanol hasta obtener una mezcla homogénea, con la mezcla resultante se recubrió un sustrato conductor por el método doctor blading y se sometió a un tratamiento térmico, luego este recubrimiento fue sensibilizado con el colorante de rutenio N719. La celda se armó empleando como contraelectrodo un sustrato conductor platinizado y como electrolito una solución conteniendo el par redox – en metoxypropionitrilo. La caracterización de las celdas desarrolladas incluyó técnicas de caracterización estructural, óptica y fotoeléctrica. Con la obtención de imágenes de microscopía electrónica de barrido MEB se observó la morfología superficial porosa de las películas de TiO2 y su espesor, el cual se midió también usando un perfilómetro. Usando la técnica de difracción de rayos X y el programa Topas Academic se determinó las fases presentes y la proporción de estas, así también como los tamaños promedio de cristal. Se usó la espectroscopía UV-VIS para estudiar el colorante encontrándose sus picos de absorción en la región visible en 380 y 530 nm, y con la espectroscopía FTIR se encontró los picos correspondientes a los grupos orgánicos del colorante. Se estudió la eficiencia de conversión fotón incidente-corriente IPCE de las celdas de TiO2 donde se obtuvo que la eficiencia fue de 25 % para la longitud de onda de 530 nm. Para la caracterización corriente-voltaje de las celdas se usó el método de resistencia variable con iluminación artificial, para lo cual se usó un arreglo horizontal con iluminación de lámpara dicroica en el cual se estudió la influencia de parámetros como la intensidad de irradiación, el área de la celda y su espesor en la eficiencia fotométrica de estas celdas. Además comparativamente se efectuaron medidas empleando un simulador solar. Se encontró que el rendimiento de las celdas depende directamente de la iluminación que recibe, las celdas con un área de 0.25 cm2 y una sola capa de espesor obtuvieron la mejor eficiencia, siendo superior al 2%. Finalmente se hizo una prueba de la celda fabricada usando iluminación solar directa.