Celdas solares sensibilizadas por colorante basadas en dióxido de titanio modificado con óxido de cobre

Abstract

Se prepararon celdas solares sensibilizadas empleando películas fabricadas a partir de nanopartículas de dióxido de titanio comercial modificado con óxido de cobre. Para obtener el recubrimiento modificado se mezcló una pequeña cantidad de CuO en polvo con el producto comercial P25 (TiO2 nanoestructurado) en etanol hasta obtener una pasta homogénea. La pasta resultante se depositó, por el método del doctor Blade, sobre un sustrato conductor, al cual se le depositó previamente una película delgada de TiO2 por la técnica de rociado pirolítico. Una vez depositada la pasta, el sustrato se sometió a un tratamiento térmico en atmósfera de aire a 500 oC. Para la sensibilización se usó el complejo de rutenio, cisbis (isotiocianato) bis (2,2’bipiridil-4,4’dicarboxilato) rutenio (II) bistetrabutil amonio, también conocido como N719.

Se estudió la influencia de la presencia del CuO evaluando la eficiencia solar de la celda, a diferentes cantidades de CuO. Se observó que utilizando concentraciones en el rango de 0,17 a 0,67 % p/p de CuO en 0,3 g de TiO2, en la preparación de la pasta, se obtuvo un incremento en la eficiencia solar de la celda, resultando 2,1 %, lo que contrasta con una celda de solamente TiO2, que presentó una eficiencia de 1,7 %. La eficiencia de la celda bajó considerablemente a cantidades mayores de CuO.

El polvo de CuO fue caracterizado estructuralmente por difracción de rayos X y se obtuvo la estructura de óxido de cobre (II) con un tamaño de cristal de 10 nm. La morfología fue estudiada por microscopía electrónica de barrido y se observó conglomerados polimorfos con tamaños de 50 a 500 nm. Los recubrimientos de TiO2 modificados con CuO también fueron caracterizados por microscopía electrónica de barrido y se verificó su porosidad y homogeneidad. La presencia del CuO en las celdas solares se verificó usando la técnica de microanálisis por EDS. También se estudiaron los grupos funcionales de los compuestos usados, TiO2 y CuO, por espectroscopía infrarroja. Con voltametría cíclica se mostró los ciclos de oxidación - reducción del TiO2 y del CuO. Finalmente se estudió la eficiencia de conversión fotón incidente a electrón generado, verificando los puntos del espectro donde ocurre la mayor eficiencia cuántica.