ZnO con triple capa y unión ZnO/TiO2 para aplicaciones en celdas DSSC

Abstract

Las celdas solares sensibilizadas con tinte DSSC son capaces de convertirse en una interesante alternativa para la obtención de energía a bajo costo de fabricación y generación de electricidad limpia. En el presente trabajo de investigación se describe la fabricación de dos tipos de arquitecturas de celdas solares bajo el tema: ZnO con triple capa y unión ZnO/TiO2 para aplicaciones en celdas DSSC. Se plantearon cuatro objetivos específicos: primero, sintetizar y caracterizar ZnO y TiO2 con diferentes tamaños de partículas por el método de hidrólisis forzada o sol-gel y microondas asistida; segundo, sintetizar y caracterizar tintes naturales (Achiote, corteza del árbol de Palo de Brasil y Taray) para utilizarlos como sensibilizadores; tercero, fabricar y caracterizar las estructuras semiconductoras de ZnO y unión ZnO-TiO2 con triple capa (capa compacta); finalmente, fabricar y caracterizar las celdas solares sensibilizadas utilizando las estructuras y tintes desarrollados. La combinación de dos semiconductores como son el TiO2 y el ZnO obtenidos a través de dos métodos de síntesis: hidrólisis forzada o sol-gel y microondas asistida en el cual se obtuvieron diferentes tamaños de nanopartículas en los polvos, promovió el rendimiento en este tipo de estructuras dando como resultado mayor eficiencia y aumento en el Voc. El desarrollo de una capa compacta de ZnO en las estructuras demostró que el uso de ésta podría mejorar la resistencia a la transferencia de carga y, por ende, el tiempo de vida de los electrones. De acuerdo con los resultados obtenidos en la construcción de las celdas solares y las respuestas eléctricas generadas en las mediciones de sus propiedades foto electroquímicas, se observó que presentan similitud en cuanto a una dependencia lineal en el arreglo al obtener buena captación de energía solar y su conversión foto electroquímica. En la fabricación de celdas solares sensibilizadas con dos tipos de arreglos en sus capas obtuvimos eficiencias de ± 3.05%, además, la celda con mejor desempeño tuvo un incremento en eficiencia de 4.99% en la celda de unión ZnO-TiO2 con espesor en la capa compacta de 213 nm.