Desarrollo de celdas solares sensibilizadas con colorantes naturales y co-sensibilizadas con nanopartículas de plata y puntos cuánticos.
Authors:   , Cerda Rojas Bayron Nath 
Published: November 2024

En esta tesis se desarrollaron cuatro tipos de celdas solares sensibilizadas (Dye Sensitized Solar Cells, DSSC) y co-sensibilizadas. El primer tipo de celdas fueron las sensibilizadas con colorantes naturales de Aristotelia chilensis (AC) y Spinacia oleracia (SO), luego se desarrollaron celdas solares co-sensibilizadas con nanopartículas de plata (Ag) sintetizadas mediante síntesis verde utilizando Aristotelia chilensis como agente de reducción, el tercer tipo de celdas fueron las co-sensibilizadas con puntos cuánticos de óxido de zinc (ZnO) y finalmente se desarrollaron celdas solares sensibilizadas con colorante de Gracilaria chilensis (GC).
Para el primer tipo de celdas solares de Aristotelia chilensis, se obtuvieron eficiencias de 0,1 % para el solvente de etanol, 0,105 % para el solvente de metanol y 0,044 % para el solvente de acetona. Para las celdas solares de Spinacia oleracia se obtuvieron eficiencias de 0,008 % para el solvente de etanol, 0,030 % para el solvente de metanol y 0,008 % para el solvente de acetona. Se puedo notar bajo eficiencias por las celdas construido, pero los ruta adoptados son camino verde por lo tanto baja la emisión de Carbono.
Para mejorar la eficiencia y rendimiento de las celdas, el segundo tipo de celdas solares fue co-sensibilizadas con nanopartículas de plata, se obtuvieron eficiencias de 1,882 % para celdas solares solo con rutenio y de 2,240 % para una concentración molar de 0,204 mM y de 1,799 % para una concentración molar de 0,278 mM de nanopartículas de plata.
También el tercer tipo de celdas solares fue co-sensibilizadas con puntos cuánticos de óxido de zinc, se obtuvieron eficiencias de 0,1 % para celdas solo de Aristotelia chilensis, de 0,12 % para celdas co-sensibilizadas con puntos cuánticos de óxido de zinc con una relación de litio de 0,25 y 0,14 % para una relación de litio de 0,67. Para celdas de rutenio se obtuvo una eficiencia de 1,29 % solo para rutenio, de 1,1% para celdas co-sensibilizadas con una relación de litio de 0,25 y 1,35 % para una relación de litio de 0,67.
De cuarto tipo de celdas solares fue ensamblado con los componentes derivado del alga Gracilaria chilensis. Estos componentes fueron prestados del laboratorio de Bioquímica y Biomolecular, Universidad de Concepción. Los DSSC construidos fueron sensibilizados con las proteínas los cuales mostraron efectos por los fotones visible. Las eficiencias, transición electrónica y efecto electroquímica fue investigado. Un aumento de la eficiencia hasta 600% fue observado antes y después un proceso de funcionalización sobre el semiconductor de TiO2.
En este trabajo se presenta la construcción de celdas solares de DSSC con extracto naturales y mejoramiento de sus eficiencias mediante co-sensibilización con nanopartículas de Ag. Se logro un aumento del 19 % de eficiencia con respecto a una celda sin nanopartículas de Ag. Mediante la co-sensibilización con puntos cuánticos de ZnO, se logró un aumento de la eficiencia de un 40% con respecto a una celda solo de AC y se logró un aumento de un 5% para una celda solo de rutenio. Mediante el uso de colorantes de GC, se logró aumentar la eficiencia mediante la funcionalización con APTMS en un 665% para una celda sensibilizada con aloficocianina y funcionalizada con APTMS.
Mediante el desarrollo de esta tesis se logró obtener una patente para este último tipo de celdas solares titulada “Uso de pigmentos de algas chilenas para la sensibilización de fotoánodo para la construcción de celdas solares fotovoltaicas”. Varios resultados han comunicado como artículos y han presentados en congresos internacionales.