Estudio de colorantes naturales en aplicaciones de celdas solares

  • Paula Aschenbrenner Universität Leipzig.
  • Simon Hertlein Ludwig-Maximilians-Universität.
  • Carlos Villanueva Universidad Industrial de Santander.
  • Tomás Rada Universidad del Norte.
Palabras clave: celdas solares, colorantes naturales, TiO2

Resumen

La energía solar es una de las más promisorias fuentes de energía en el Caribe en las próximas décadas debido a la alta radiación solar y a que se mantiene muy constante durante la mayor parte del año. Sin embargo, hasta ahora este potencial no se usa debido a los altos costos de las celdas solares, cuya comercialización está principalmente dominada por costosas celdas basadas en silicio. Una alternativa prometedora son las celdas solares sensibilizadas con colorantes (DSSC, por sus siglas en inglés) basadas en dióxido de titanio (TiO2), las cuales han generado bastante interés en los últimos años. Así, el objetivo del presente estudio fue analizar y optimizar el desempeño de las DSSC dependiendo de su preparación y condiciones de iluminación. Por ello se usaron cinco colorantes naturales diferentes extraídos de frutas y vegetales, tales como: Achiote, Agraz, Corozo, Mora y Remolacha. Estos colorantes fueron caracterizados usando un espectrofotómetro en ultravioleta y visible, y usados como sensibilizadores en la fabricación de las DSSC. En el proceso de optimización se cambiaron varias condiciones y parámetros. En ello se encontró que además de los colorantes usados, los grosores de las capas del TiO2 y los procedimientos de preparación de la solución colorante tienen un impacto directo en la eficiencia de las celdas. Finalmente, se encontró que las celdas con las mejores eficiencias fueron las de Achiote, cuya eficiencia alcanzó el 0,21% bajo iluminación directa del sol y de 0,075% de eficiencia cuando fue iluminada con una lámpara halógena. Este estudió se desarrolló en el contexto de intercambios académicos en la Universidad del Norte con el apoyo del DAAD a través del programa RISE.

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Biografía del autor

Paula Aschenbrenner, Universität Leipzig.

BSc Física, Universität Leipzig, Alemania. Prácticas en la Universidad del Norte, 2015. Patrocinado por el Programa RISE del DAAD.

Simon Hertlein, Ludwig-Maximilians-Universität.

Licenciado en Ciencias en Física, Ludwig-Maximilians-Universität, München, Alemania. Prácticas en la Universidad del Norte, 2016. Patrocinado por el Programa RISE del DAAD

Carlos Villanueva, Universidad Industrial de Santander.

Ingeniero Electrónico, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia; MSc. (C) en Tecnologías Urbanas Sostenibles, Universidad de Buenos Aires, Argentina. Investigador invitado.

Tomás Rada, Universidad del Norte.

Doctor en Física, Universidad de Saint Andrews, Reino Unido. Posdoctorado en el HelmholtzZentrum de Berlín, Alemania. Jefe del Departamento de Física y Geociencias de la Universidad del Norte.

Referencias

Abrams N. (2005). Efficiency enhancement in dye-sensitized solar Cells through light manipulation (PhD thesis). The Pennsylvania State University.

Bell Labs. (1954/2009). April 25, 1954: Bell Labs Demonstrates the First Practical Silicon Solar Cell. APS News. American Physical Society, 18 (4). Retrieved from https://www.aps.org/publications/apsnews/200904/physicshistory.cfm

Bruton, T., Luthard, G., Rasch, K.-D., Roy, K., Dorrity, I., Garrard, B., Teale, L., Alonso, J., Ugalde, U., Declerq, K., Nijs, J., Szlufcik, J., Rauber, A., Wettling, W., & Vallera, A. (1997). In a study on the manufacture at 500mwp p.a. of crystalline silicon photovoltaic modules [Technical report]. 14th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Barcelona.

Burschka, J., Pellet, N., Moon, S. J., Humphry-Baker, R., Gao, P., Nazeeruddin, M. K., & Grätzel, M. (2013) Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells. Nature, 499 (7458), 316-319.
https://doi.org/10.1038/nature12340
PMid:23842493

Dittrich, T. (2015). Materials Concepts for Solar Cells. London: Imperial College Press, Helmholtz Center Berlin for Materials and Energy.

Friedrich D. (2011). A study of charge transfer kinetics in dye-sensitized surface conductivity solar cells (PhD thesis). Helmholtz Zentrum Berlin.

Graetzel, M. (2005). Solar Energy Conversion by Dye-Sensitized Photovoltaic Cells. Inorganic Chemistry, 44, 6841–6851.
https://doi.org/10.1021/ic0508371
PMid:16180840

Green, M. A. (2006). Recent developments and future prospects for third generation and other advanced cells. In IEEE 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conference (Vol. 1, pp. 15-19). IEEE.
https://doi.org/10.1109/wcpec.2006.279336

Hernandez Perez, M. I., Lobo Arias M., Medina Cano, C.I., & Cartagena Valenzuela, J. R. (2012). Andean blueberry (vaccinium meridionale swartz) seed storage behavior characterization under low temperature conservation. Revista Facultad Nacional de Agronomía (Medellín), 65, 6627-6635.

Kalyanasudaram, K. (2010). Dye-Sensitized Solar Cells. Lausanne. EPFL Press.

Karlsson, K. M. (2011). Design, Synthesis and Properties of Organic Sensitizers for Dye Sensitized Solar Cells (PhD thesis). KTH Royal Institute of Technology.

Khan, M. I. (2013). A Study on the Optimization of Dye-Sensitized Solar Cells (PhD thesis). University of South Florida.

Lewis N. S. & Crabtree G. (2005). Basic Research Needs for Solar Energy Utilization. Washington, D. C.: Office of Sciene, U.S. Department of Energy.

Medina-Flores D., Ulloa-Urizar G., Camere-Colarossi R., Caballero-García S., Mayta-Tovalino F., & del Valle-Mendoza J. (2016). Antibacterial activity of Bixa orellana L. (achiote) against Streptococcus mutans and Streptococcus sanguinis. In Science Direct (pp. 400-403). Hainan Medical University.
https://doi.org/10.1016/j.apjtb.2016.03.005

O'Regan, B., & Grätzel, M. (1991). A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films. Nature, 353, 737-740.
https://doi.org/10.1038/353737a0

Osorio C., Carriazo J. G., & Almanza, O. (2011). Antioxidant activity of corozo (Bactris guineensis) fruit by electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. European Food Research and Technology, 233, 103-108.
https://doi.org/10.1007/s00217-011-1499-4

Shockley, W., & Queisser, H. J. (1961). Detailed Balance Limit of Efficiency of p‐n Junction Solar Cells. J. Appl. Phys, 32, 510.
https://doi.org/10.1063/1.1736034

Solaronix. (2013). Supplier of specialty chemicals and materials. Materials specification. Aubonne, Switzerland.

Young, C. (2013). Organic Solar Energy and Berries. Laboratory Guidelines. Houston, USA: National Science Foundation GK-12 and Research Experience for Teachers (RET) Programs, University of Houston.
https://doi.org/10.1115/1.4024983
https://doi.org/10.1016/j.solener.2013.08.033
https://doi.org/10.1016/j.solener.2013.09.027
https://doi.org/10.1016/j.solener.2013.10.028
https://doi.org/10.1115/1.4023876

Zhang D., Lanier S., Downing J., Avent, J., Lum, J., & McHale, J. L. (2008). Betalain pigments for dye-sensitized solar cells. Journal of Photochemistry and Photobiology A-chemistry, 195, (1), 72-80.
https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2007.07.038
Publicado
2017-07-30
Cómo citar
Aschenbrenner, P., Hertlein, S., Villanueva, C., & Rada, T. (2017, julio 30). Estudio de colorantes naturales en aplicaciones de celdas solares. Revista Científica General José María Córdova, 15(20), 271-289. https://doi.org/10.21830/19006586.172
Sección
Recensiones y Reseñas