Fotosensibilizadores de colorantes orgánicos para DSSC (Dye-Sensitized Solar Cells)

Abstract

Las celdas solares sensibilizadas por colorantes (DSSC, Dye-Sensitized Solar Cells, por sus siglas en inglés) o también conocidas como celdas Grätzel, son dispositivos electroquímicos en los que se combinan las propiedades fisicoquímicas de diferentes materiales para la obtención de energía renovable, estos dispositivos de foto-conversión se conforman típicamente por un cátodo construido con un cristal conductor, como puede ser el óxido de indio-estaño (ITO) recubierto por una capa de ácido cloroplatínico, un par óxido-reducción que funge como electrolito y un fotoánodo, formado de un sensibilizador o colorante enlazado a una matriz de óxido metálico que a su vez está depositado sobre un sustrato conductor, el cual puede ser una placa metálica o un cristal conductor. El fotoánodo es, en particular, una gran área de oportunidad para la mejora de estos dispositivos y en la actualidad ha sido el centro de atención en investigaciones por el uso de sensibilizadores o colorantes naturales derivados de flores, frutas, árboles, etc. El objetivo de esta tesis es el estudio de colorantes naturales obtenidos de semillas de achiote y cortezas de los árboles: palo de Brasil y Taray, para su posterior aplicación en fotoánodos para celdas solares sensibilizadas de laboratorio. Los colorantes naturales se obtuvieron macerando por un día en condiciones de oscuridad y a temperatura ambiente. La estructura del fotoánodo está compuesta principalmente por películas de ZnO las cuales fueron depositadas por la técnica de Doctor Blade; sobre éstas se depositó, por inmersión, el colorante natural. Para obtener las características de las estructuras se realizaron las siguientes caracterizaciones, se obtuvieron las características de los fotoánodos mediante UV-Vis, XRD y AFM; los colorantes naturales se caracterizaron a través de un espectrofotómetro en el rango ultravioleta-visible y se obtuvieron mediante espectrofotometría de infrarrojo, las bandas características de cada uno de los colorantes para determinar si ocurre un anclaje entre los semiconductores y los colorantes. - 2 - En el primer capítulo, se desarrollaron aspectos básicos del funcionamiento de las DSSC, haciendo énfasis en aspectos como: estructura y eficiencia de las celdas, futuros desarrollos. Posteriormente, en el segundo capítulo, se abordó el tema de los colorantes, así como los compuestos químicos que pueden ser utilizados como sensibilizadores, esquematizando en detalle las características de dichos compuestos químicos. En el tercer capítulo, se describe la metodología para el proceso de síntesis, inmersión y las técnicas de caracterización de los colorantes y los fotoánodos. Y finalmente, el cuarto capítulo de resultados y conclusiones en el cual se abordaron los resultados más relevantes obtenidos en cada una de las técnicas de caracterización.