Celdas Grätzel de TiO2 sensibilizadas con el colorante natural Ayrampo (Opuntia Soehrensii), usando grafito como contraelectrodo

Abstract

En busca de nuevos colorantes que hagan factible la fabricación en gran escala de las celdas solares sensibilizadas con colorantes, se buscan materiales que sean más económicos en comparación con los materiales convencionales que son producidos solo en laboratorios. Como se sabe, una aplicación de la nanotecnología es la conversión de energía solar en energía eléctrica por medio de la tecnología fotovoltaica, ya que se utilizan nanomateriales y/o películas con espesores nanométricos para la fabricación de celdas solares sensibilizados con colorante, por otro lado, se propone el uso de colorantes naturales como sensibilizador dentro de la celda Grätzel de TiO2. Estas celdas están conformadas por capas superpuestas, cada una tiene una función determinante y específica, siendo el colorante el encargado de absorber los fotones y convertirlos en electrones, teniendo una gran importancia en el voltaje de circuito abierto y en la eficiencia de la celda. El semiconductor (TiO2) es una capa nanoporosa sintetizada sobre un sustrato conductor FTO, cuyo espesor está en la escala micrométrica (um), luego este semiconductor se sensibiliza con el colorante, para ello el semiconductor es impregnado por el colorante natural (Ayrampo). El contraelectrodo es una capa de grafito sobre el FTO, el electrodo se hará cortocircuito con el contraelectrodo, entre ambos se colocará el electrolito. Los electrodos de preparados por el método de doctor blade luego fueron sinterizados, su espesor fue caracterizado por perfilometría para determinar su espesor, para después ser sensibilizados con el Ayrampo. Estas películas pigmentadas fueron caracterizadas por FTIR, para encontrar los tipos de enlaces presentes. Las celdas se caracterizaron con su curva Corriente versus Voltaje para determinar: FF, ISC, VOC, VPMM, IPMM y la eficiencia de la celda solar. También se realizó la caracterización de impedancia de la celda para observar su comportamiento interno. El principio de funcionamiento de la celda está dado por el efecto fotovoltaico, cuando la radiación solar cae sobre la celda, el fotón choca con la molécula de colorante, esto le da energía suficiente para excitarlo y hacer que el electrón pueda escapar de la molécula del colorante y pasar al semiconductor, cuando esto ocurre, se crea un flujo de electrones (e-). Entonces el electrolito liquido yoduro/Triyoduro I-/I-3) regenera al colorante con uno de sus propios electrones, los electrones viajan y crean un circuito eléctrico. La curva I-V muestra que la celda solar tiene un máximo de eficiencia en 0.75%.

For new dyes that make feasible the manufacture in large-scale solar cells sensitized with dyes, materials that are more economical compared to conventional materials which are produced only in laboratories seek. As an application of nanotechnology is known is convection solar energy into electrical energy using photovoltaic technology, as nanomaterials and / or films with thicknesses in the nanometer scale are used, but looking for new dyes, this paper research using own natural dyes of our country, this paper aims was studied to ayrampo (Opuntia soehrensii) dye only known for its culinary and medicinal use for its antioxidant properties, but now will use as a sensitizer in of the Grätzel cell, these cells are made up of superimposed layers, each has a decisive and specific function, being the dye responsible for absorbing photons and convert them into electrons, having a great importance in the open circuit voltage and the cell efficiency. The semiconductor is a nanoporous layer synthesized on a conductive FTO substrate, whose thickness is in the micrometer scale , then this semiconductor sensitized with the dye, for which the semiconductor is impregnated by the natural dye (ayrampo). The counter electrode is a graphite layer on the FTO electrode join the counterelectrode by fasteners and between the electrolyte is placed. electrodes prepared by the doctor blade method were then sintered, its thickness was characterized by profilometry to determine its thickness, and then be sensitized with ayrampo. These pigmented films were characterized by FTIR, to find the types of bonds present. The cells were characterized with its current versus voltage curve to determine FF, ISC, VOC, VPMM, IPMM and efficiency of the solar cell. the characterization of the cell impedance to observe their internal behavior was also performed. The principle of operation of the cell is given by the photovoltaic effect, when solar radiation falls on the cell, the photon strikes the dye molecule, this gives you enough to excite energy and make the electron can escape the molecule dye and move to the semiconductor, when this occurs, a flow of electrons (e-) is created. Then the liquid electrolyte iodide / Tri-Iodide I-/I-3) regenerates the dye with one of their own electrons, electrons travel and create an electrical circuit. I-V curve shows that the solar cell has maximum efficiency at 0.75%.