XIX SIMPOSIO PERUANO DEENERGÍA SOLAR

CELDAS SOLARES DE DIOXIDO DE TITANIONANOESTRUCTURADO COMO ALTERNATIVA

PARA LA GENERACION FOTOVOLTAICA EN ELPERU

María GaliciaUniversidad Nacional de Ingeniería

Introducción Debido a que nos encontramos en una época

en la que los bien conocidos hidrocarburos,que nos sirven de energía, se están agotando,es de vital importancia desarrollar eimplementar fuentes de energía alternativas,pero de energías limpias, económicas y nocontaminantes que a la larga no destruyan másel planeta, motivo por el cual la energía solarcada vez está imponiendo camino como uncambio en el desarrollo en las energíasrenovables ya que proviene de una fuenteinagotable como es el sol

En el Perú la energía solar es elrecurso energético con mayordisponibilidad en casi todo el territorio,la disponibilidad es bastante grande yuniforme durante todo el añocomparado con otros países, lo quehace atractivo su uso.

Antecedentes Las celdas solares sensibilizadas con colorantes o

por sus siglas en inglés DSSC, fueron inventadasen 1991 por un grupo de investigación de laEscuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL)encabezado por Michael Grätzel y Brian O'Regan.Lograron una eficiencia, η, del 7 al 10% enespectro de irradiación AM1.5.

Las celdas sensibilizadas desarrolladas en laúltima década del siglo anterior son bastanteatractivas porque se pueden producir a bajo costoy la eficiencia alcanzada en países desarrolladosha superado ya el 12% en laboratorios deinvestigación

Fundamento teórico

Las celdas solarescomo la figura 1,son dispositivos defácil realizaciónque transforman laenergía del sol enenergía eléctrica, loque lo convierte enun atractivodispositivo en lasaplicacionessolares.

Figura 1: Corte de una celda solarsensibilizada

por colorantes

Óxido semiconductor

Para el presente trabajo se usó óxidode titanio nanoestructurado usandopolvo nanoporoso del semiconductorcomercial (P25), así también como lapasta comercial adquirida de laempresa Dyesol

Se usó nanopartículas de TiO2 comoóxido semiconductor, ya que presenta unabuena estabilidad química en soluciónfrente a la irradiación visible y no estóxico, y al ser teñidas por el coloranteabsorben la luz cediendo un electrónexcitado hacia el semiconductor.El TiO2 es de bajo costo, ampliamentedisponible y biocompatible, y como tal seutiliza incluso en los productos de cuidadode la salud, así como aplicacionesdomésticas.

Electrodo y Contraelectrodo

Son cristales recubiertos en una desus superficies por una películadelgada de SnO2:F, lo que loconvierte en una superficieconductora

Colorante Se utilizó el compuesto cis-

bis(isotiocianato)-bis(2,2’bipiridil -4,4’dicarboxilato) rutenio(II) bistetrabutilamonio, también conocido como N719.

Figura 2: Estructura molecular del colorante N719.

La función del colorante es la de ampliar elrango de longitud de onda de luz absorbidapor el TiO2 y de esta forma generar laabsorción fotónica para después ceder loselectrones excitados a la banda deconducción del semiconductor y debido aque debe presentar un alto potencial redox,se produzca la regeneración electrónica demanera rápida. Se busca que el colorantegenere una transferencia de carga del metalal ligando y tenga un tiempo de vidaconsiderable para que no se pierda laenergía acumulada.

Electrolito Un electrolito es cualquier sustancia

que contiene iones libres, los que secomportan como un medio conductoreléctrico. En este caso se trabajó con el

constituido por el par redox I-/I-3

Los electrones se encuentran entre elfotoelectrodo de TiO2 y el contraelectrodo.La viscosidad de la solución afectadirectamente a la conductividad de losiones en el electrolito, y en consecuenciaal rendimiento de la celda, por lo que esdeseable una baja viscosidad paramejorar el rendimiento

Principio de funcionamiento

Diagrama de energías y operación de una célula DSSC

Procedimiento experimentalPreparación de la celda Preparación de la pasta

Figura 4: Polvocomercial P25 yetanol

Figura 5: Mezcladel polvocomercial P25 yetanol.

Figura 6:Agitaciónde lamezcla

Figura 7: Sonicación de lamezcla

Deposición de la película

Tratamiento térmico

Figura 8: Máscara de la celdaFigura 9: Película depositada ensobre el vidrio conductor en un áreade 25 mm2

Figura 10: Tratamiento térmico de450°C

Figura 11: Enfriamiento de la celda.

Pigmentación y armado de la celda

Figura 12: Contraelectrodoplatinizado y películapigmentada

Figura 13: Celda armada (sinsellar).

Medición de la curva IV de la celda

Figura 14: Cámara para la medición de la curva IV dela celda

Figura 15: Esquema de la medición de la curva IV de lacelda

Caracterización morfológica

IFigura 15: Micrografía SEM de lapasta p25 a 100x de aumento.

Figura 16: Micrografía SEM de lapasta comercial a 100x de aumento.

Figura 17: Micrografía SEM de lapasta P25 a 27000x de aumento.

Figura 18: Micrografía SEM de lapasta comercial a 27000x de aumento.

Resultados experimentales

Figura 20: Curva IV de la celda con pasta P25

Figura 21: Curva IV de la celda con pasta comercial

Ventajas frente a las celdasconvencionales

Bajo costo de fabricación Proceso sencillo El uso de sensibilizadores que tienen una

banda de absorción ancha en relación conlas películas de óxido de morfologíananocristalino permite colectar una granfracción de la luz del sol.

Observaciones

La eficiencia de las celdas con ambaspastas se pueden mejorar con unmejor tratamiento térmico y realizandoel sellado de la celda.

Conclusiones

La eficiencia obtenida con la pastacomercial fue de 7.4% mientras con elpolvo comercial de 4.72%.

Gracias !!!