Investigacion y desarrollo de dispositivos fotovoltaicos de conversion de energia solar

Abstract

En el presente trabajo de tesis se llevó adelante el desarrollo y estudio de nuevosmateriales y dispositivos optoelectrónicos orgánicos. Particularmente, se presenta el diseño,síntesis, caracterización y evaluación de nuevos colorantes para ser aplicados en lasensibilización espectral de óxidos semiconductores de amplio band gap, para laproducción de celdas solares de tercera generación Se realizó el estudio y caracterización de sensibilizadores del tipo organometálicos,entre los que cabe destacar las porfirinas, ftalocianinas y naftalocianinas, analizando sucapacidad para utilizarlos como receptores de luz en celdas solares sensibilizadasespectralmente. Este tipo de colorantes poseen sistemas conjugados-ir extendidos en elplano, los que les confieren diversas longitudes de onda de absorción y elevadoscoeficientes de extinción, además de una excelente estabilidad química y térmica. Enparticular, las naftalocianinas mostraron resultados muy prometedores ya que generaronsensibilización en la zona infrarroja del espectro solar, donde hasta el momento no se habíalogrado sensibilizar, y además presentaron una débil absorción en el visible permitiendoposibles aplicaciones futuras como ventanas fotovoltaicas semitransparentes Por otra parte se realizó la síntesis, caracterización y aplicación de sensibilizadoresdel tipo inorgánicos puros, como lo son los puntos cuánticos coloidales (QDs) y lasnanovarillas (NR) de seleniuro de cadmio. El uso de nanopartículas semiconductoras comoreceptores de luz es de particular interés debido a la posibilidad de variar la zona desensibilización con la sola modificación del tamaño de las nanopartículas. Además los QDsy NR poseen altos coeficientes de extinción y tienen la capacidad de generar múltiplesportadores de carga por fotón incidente, lo que los hace aún más interesantes para aplicarlosen DSSC. Las celdas solares sensibilizadas por puntos cuánticos coloidales alcanzaronfotocorrientes de 6,1 mA/cm2 y eficiencias mayores al 1%, siendo las más efectivasencontradas hasta ese momento Además, se realizó la síntesis, caracterización y aplicación de complejos de cobaltocomo alternativa de electrolito redox en celdas solares sensibilizadas con QDs y NR,debido a que el convencional electrolito redox a base de iodo afecta la estabilidad de lasnanopartículas semiconductoras. Los complejos de cobalto son efectivos como materialtransportador de huecos, tanto en colorantes inorgánicos como en los organometálicos Finalmente, se realizó la caracterización y aplicación de sensibilizadores del tipopuramente orgánicos, para su aplicación en celdas solares de sensibilización espectral. Loscolorantes utilizados presentan la configuración donor- puente 7C conjugado-aceptor, siendoen todos los casos el grupo donor de electrones la difenilamina y el grupo aceptor el ácidocianoacético. La variación del puente 7C conjugado mediante la inserción de diferentesgrupos funcionales genera resultados muy importantes, tal que cuando se utilizan loscolorantes con configuración spiro como espaciador se obtienen eficiencias de un orden demagnitud mayor