Embed Size (px)
Citation preview
3 D
5.1 De
5.1.1 E
Para
sensib
explic
en la
DSSC
los vid
poder
cual e
encue
la pa
encue
vidrios
mejor
solare
condu
resiste
iscusión y
esempeño
Ensamble d
poder habl
bilizadores
car también
que reperc
C. Estas ca
drios, situac
Primeram
r obtener la
es el que
entra impre
arte poster
entran nue
s con respe
r captación
Para la r
es se han
uctividad y
encia eléct
y Resultad
y aplicacio
de las DSSC
lar del func
y demás p
n tanto la fo
cuten cierta
racterística
ciones que
mente, la m
as medicion
absorbe la
egnado el s
rior de la
stros óxido
ecto a la en
de la energ
realización
utilizado v
por la tan
rica es una
os
ones de las
C
cionamiento
partes impo
orma en qu
as caracter
as van desd
se explicar
manera en
nes es de g
a radiación
semiconduc
estructura
os. Asimism
nergía incid
gía.
de todas
vidrios que
nto, cierta r
a medida d
celdas sen
o de las DS
ortantes que
ue ésta es
rísticas del
de las prop
rán a contin
la que la
gran import
n electroma
ctor es el qu
a sándwic
mo se deb
ente fuera
estas cel
poseen ci
resistencia.
e su oposic
nsibilizadas
SSC, los fo
e conjuntan
ensamblad
ensamble
iedades de
nuación.
celda se c
rtancia, aqu
agnética po
ue se coloc
ch corresp
be procurar
totalmente
ldas
erta
. La
ción
Figura los datlas DS
s por un col
otoánodos,
n la celda s
da como la
e en la efic
e los TCO y
coloca bajo
uí el vidrio
orque es e
ca hacia la
ondiente a
r que el á
perpendicu
1 Forma detos de voltajeSC
lorante
los cátodo
solar hay q
a importanc
iencia de l
y el grosor d
o el Sol pa
conductor,
en donde
luz, es de
a donde
ngulo de l
ular para u
e obtención de y corriente d
os,
ue
cia
as
de
ara
el
se
cir
se
os
na
dede
al paso de corriente y esta depende de la corriente eléctrica. De aquí es donde los
materiales se clasifican en conductores, semiconductores y aislantes en donde
todos poseen una proporción de resistencia con excepción de los materiales
llamados superconductores, en donde este valor es prácticamente nulo.
Partiendo de este principio, nuestros vidrios conductores dependiendo de
las concentraciones de la solución de SnCl2/Sb2O3 que se le fuera añadido, la
resistencia eléctrica iba disminuyendo. De manera general, la resistencia promedio
de estos TCO sintetizados fueron entre 300 Ω hasta 1.7 kΩ. Todos estos valores,
en tanto, observamos que disminuían la intensidad de corriente de nuestras celdas
y fue un factor importante en el resultado de este trabajo.
Otra situación que se debe de exponer en cuanto a las DSSC es el grosor
de los vidrios. La película de los óxidos debe de ser suficientemente delgada pero
que al mismo tiempo sea capaz de mantener una interfase sólida entre las
nanopartículas de nuestros óxidos y el sensibilizador utilizado para una mejor
transferencia electrónica. En este caso utilizamos la manera tradicional en que se
construye la película delgada al valerse de una varilla de vidrio como rodillo para
poder esparcir, de manera individual, la pasta tanto del TiO2 y ZnO sobre el TCO.
Aparte del uso de la varilla de vidrio, también utilizamos el equipo de Spin Coating
y el uso de un aspersor para observar las diferentes capas que se formaron y
poder realizar comparaciones. En la tabla 2 se muestran los valores de voltajes y
corrientes obtenidos en las DSSC utilizando diferentes métodos para la formación
de la película del óxido de titanio sobre los vidrios conductores.
Án
T
T
T
Tabla 2
difere
spin c
propo
25. Lo
provo
metod
cuadr
obten
adem
difere
rendim
nodos
TiO2
TiO2
TiO2
2 Resultados d
Como se
ente depend
coating fue
orcionaba u
o anterior
ocaba la for
dología tam
rangulares
En cuanto
ido por sp
ás se obtu
encia del ob
miento fue
Método
Asperso
Rodillo
Spin Coat
de DSSC de T
puede ver
diendo del
la que nos
una uniform
se puede d
rmación de
mbién es im
para la mej
o al asperso
pin coating
uvo una pe
btenido por
ligeramente
o Volta(volt
or 0.13
0.25
ing 0.12
iO2 utilizando
r en las sig
método co
s dio un esp
midad sobre
deber a la
grumos al
mportante
jor dispersi
or utilizado
y el forma
elícula bast
spin coatin
e mayor qu
aje ts)
Corrie(mA
35 0.01
55 0.01
23 0.01
diferentes mé
guientes im
on el cual s
pesor basta
e el vidrio, s
densidad
centro de n
recalcar qu
ón del sem
o, el grosor
ado usando
tante unifor
ng; y como o
ue el obtenid
enteA)
Área(cm2)
63 6.6
17 10
52 6.3
étodos para la
ágenes, el
se esté tra
ante peque
situación o
que tenía
nuestros vid
ue se utiliz
miconductor
de la capa
o la varilla
rme a lo la
observamo
do por spin
Eficienci%
0.000478
0.000427
0.000425
a formación d
espesor d
bajando. L
eño sin emb
bservable e
nuestra so
drios. Para
zaron vidrio
r.
a fue interm
de vidrio
argo de tod
os en la tab
n coating.
ia
848
73
549
e películas
de la capa
a técnica d
bargo no n
en la image
olución y q
a realizar es
os de form
medio entre
(figura 26)
do el TCO,
la anterior,
es
del
os
en
ue
sta
as
el
) y
a
el
Figura 2 Ánodpara la formacsemiconducto
TiO2 s
espes
norma
una e
transf
do obtenido ución de la pelíor
Figcol
En la figur
sobre un vid
sor de dich
ales que se
eficiencia
ferencia de
tilizando un aícula del Figura 3
tratamie
gura 5 Formaloidal por med
ra 28 es un
drio conduc
a capa es
e obtienen
buena al
electrones
aspersor 3 Vidrio final dento por spin c
ación de la cdio del DEP
na microgra
ctor utilizan
de 27.2 µm
al utilizar e
estar en
s.
después del coating
capa de ZnO
afía en dond
ndo una var
m, el cual s
este métod
contacto c
O
de se pued
rilla de vidri
se encuentr
o y que es
con el sen
Figura 4capa de óutilizandovidrio
e observar
io y podem
ra dentro d
s capaz de
nsibilizador
Formación dóxido sobre
o una varil
r una capa d
mos ver que
de los valor
proporcion
y lograr
de una el TCO lla de
de
el
res
nar
la
5.1.2 Cálculos de las eficiencias de las
DSSC
Al hablar de este armado debemos de tomar en cuenta ciertos factores, desde los
vidrios conductores que se han fabricado previamente, hasta la cantidad de
energía radiante del día, así como el horario en el que estas mediciones se
realizaron.
En principio, todas las mediciones se realizaron entre las 12:00 de día y las
2 de la tarde para tomar la mayor cantidad de energía radiante y se tomaron en el
mismo lugar todas las celdas, ya que como es bien sabido, la cantidad de energía
que se recibe de sitios más elevados no es la misma que en zonas con baja
altitud.
Para poder realizar los cálculos de eficiencia en la conversión solar,
además de utilizar un radiómetro el cual nos indicaba la cantidad de energía
incidente también en ese en el mismo punto se medía el voltaje de la celda y la
intensidad de corriente con ayuda de un multímetro, además se midió el área de la
celda que se encontraba expuesta a la luz solar. Una vez teniendo los datos
anteriores, se procedía a utilizar la fórmula de eficiencia expuesta en el capítulo
referente al marco teórico:
Á 100
Figura 6 Micrografía del grosor de una capa deTiO2 utilizando una varilla de vidrio para ladifusión
La tabla 3 muestra los valores obtenidos y las eficiencias calculadas tanto
para TiO2 como para ZnO con las diferentes formas del depósito sobre los TCO,
diferentes sensibilizadores y cátodos.
Ánodos Sensibilizador Cátodos Voltaje (volts)
Corriente(mA)
Área (cm2)
Eficiencia %
TiO2 Moras Aspersor 0.135 0.0163 6.6 0.00047848TiO2 Moras Utilizando
la varilla 0.255 0.0117 10 0.0004273
TiO2 Moras Spin Coating
0.123 0.0152 6.3 0.00042549
TiO2 Moras Aspersor 0.135 0.0163 6.6 0.00047848TiO2 Moras Pasta de
óxido 0.255 0.0603 11.7 0.00189329
TiO2 Moras Precursor: Butóxido de titanio
0.1 0.0225 7.5 0.00041591
TiO2 Moras DEP 0.07 0.0223 7.6 0.00029016ZnO Moras Poliol 0.216 0.0215 9.9 0.00064451ZnO Moras DEP 0.55 0.0605 6.12 0.00770435ZnO Moras Pasta de
ZnO 0.29 0.0825 12.9 0.00269483
ZnO Moras H2PtCl6 0.175 0.0386 13 0.0007247 TiO2 Moras H2PtCl6 0.153 0.0187 3.75 0.00102298ZnO Moras Pd-C +
Cobertura de Nafión
0.232 0.0379 5.1 0.00242994
TiO2 Moras Pd-C + Cobertura de Nafión
0.051 0.0135 4 0.00022604
ZnO Moras Pd-C + Nafión
0.385 0.06 9 0.00362196
TiO2 Moras Pd-C + Nafión
0.223 0.0172 8.58 0.00060865
ZnO Moras Pt-C + Cobertura de Nafión
0.25 0.0261 15 0.0005843
TiO2 Moras Pt-C + Cobertura de Nafión
0.199 0.243 11.6 0.02583963
ZnO Moras Pt-C + Nafión
0.211 0.057 7.35 0.00226956
TiO2 Moras Pt-C + Nafión
0.14 0.0468 13 0.00070823
Tabla 1 Tabla General de resultados obtenidos
De manera muy general y basándose en la tabla, el ZnO es el que ha
demostrado mejores eficiencias, además en conjunto con el uso de platino
dopando al carbono utilizado en el cátodo de la celda, esta tendencia es mucho
mayor. A lo largo de este capítulo se discutirán por separado cada una de las
técnicas, de los resultados para hacer comparaciones más específicas respecto a
los resultados obtenidos.
5.2 Análisis de las nanopartículas de TiO2 y ZnO y sus agentes dopantes
5.2.1 Análisis del depósito de óxidos sobre TCO a partir de diversos precursores
Una situación importante a analizar al utilizar diferentes métodos de síntesis
de nanopartículas, es el tiempo que las muestras son colocadas para su
sinterización, se ha visto que entre mayor tiempo se encuentren bajo altas
temperaturas, mayor es su actividad fotocatalítica debido a que se asocia a que
poseen una mayor estructura cristalina y aumenta la cantidad de puntos
específicos en donde el semiconductor se puede acoplar con el sensibilizador. En
nuestro caso las muestras se dejaban alrededor de 30-40 minutos a una
tempe
obten
para e
5.2.1.1
obtuv
adem
los cá
como
comp
prime
voltaje
a cua
obten
eratura ap
idos al ela
el TiO2.
1 ZnO
Para la sí
o una cap
ás una me
álculos de e
sensibiliza
aración.
Otra sínte
ero se lleva
e de 15 vol
ando se util
ido fue mu
roximada d
aborar DSS
íntesis del Z
pa (figura 2
ejoría ligera
eficiencias
ador único
esis utilizad
aron partícu
ts. La capa
iza el méto
cho mayor,
Figura 7 TCmétodo d
de 450°C.
SC utilizand
ZnO por el
29) con m
a en la efici
de todas e
el extract
da fue por m
ulas de zinc
a formada a
odo de rodil
, como se v
CO con ZnO sel poliol
En segu
do diversas
método de
uy buena
encia como
estas celdas
o de mora
medio del d
c coloidal a
a través de
llo pero a d
verá en la ta
sintetizado po
ida se pre
s síntesis ta
el poliol exp
adherencia
o se observ
s, se utilizó
as para po
depósito el
a una solu
esta técnic
diferencia d
abla de res
or el
esentan lo
anto para e
plicado pre
a, mucha
vará en la
ó un cátodo
oder realiza
lectroforétic
ción y ahí
ca tuvo un g
de esta últim
sultados.
os resultad
el ZnO com
eviamente,
estabilidad
tabla 4. Pa
o de grafito
ar una mej
co, en dond
se aplicó
grosor simi
ma, el volta
os
mo
se
y
ara
o y
jor
de
un
lar
aje
Ánodos Método Voltaje (volts)
Corriente(mA)
Área (cm2)
Eficiencia %
ZnO Poliol 0.216 0.0215 9.9 0.00064451
ZnO DEP 0.550 0.0605 6.12 0.00770435
ZnO
Pasta de
ZnO 0.290 0.0825 12.9 0.00269483
Tabla 2 Resultados de DSSC de ZnO utilizando diferentes métodos para la formación de películas
Finalmente, se puede concluir en esta sección que la mejor síntesis para
realizar DSSC con semiconductores de ZnO es hacer un depósito electroforético
sobre nuestro TCO, ya que el voltaje de 0.550 volts obtenido ha sido uno de los
más altos, además la DEP es fácil y viable para largas escalas además de que la
capa resultó tener una excelente adherencia hacia el vidrio, ya que al momento de
ser sumergida en el extracto de zarzamoras, no se perdió material y los resultados
observados fueron muy buenos.
5.2.1.2 TiO2
En el caso de las síntesis con TiO2 se realizó un DEP utilizando TiO2 coloidal
además de las pastas de óxidos antes mencionadas se utilizó como disolvente
etilenglicol para tratar de mejorar la adherencia hacia los vidrios. Igualmente, se
utilizaron como precursores para las nanopartículas el butóxido de titanio, técnica
que ya ha sido explicada con anterioridad en el capítulo correspondiente a
metodología. En la tabla 5, que se muestra a continuación aparecen los resultados
correspondientes:
Ánodos Método Voltaje
(volts)
Corriente
(mA)
Área
(cm2)
Eficiencia
%
TiO2 Pasta de óxido
0.255 0.0603 11.7 0.00189329
TiO2
Precursor:
Butóxido de titanio 0.100 0.0225 7.5 0.00041591
TiO2 DEP
0.07 0.0223 7.6 0.00029016
Tabla 3 Resultados de DSSC de TiO2 utilizando diferentes precursores
Podemos observar que los valores más bajos obtenidos fueron los de la
DSSC conseguido por la técnica de DEP. El motivo de esta situación se presume
puede ser porque la cantidad de TiO2 depositado sobre la capa no fue el suficiente
para lograr una adecuada transferencia electrónica, pues la película formada no
era del todo visible y a pesar de tener muy buena adherencia el voltaje obtenido
no fue lo que se esperaba.
Cabe mencionar, que al igual que el punto anterior, como buscamos
analizar el efecto de los fotoánodos en las celdas, tanto el sensibilizador utilizado
fue una capa de grafito y el sensibilizador fue extracto de moras.
5.2.2 Dopaje con plata
Se sintetizaron tanto ZnO como de TiO2 los cuales fueron dopados con Ag a
diferentes concentraciones, de 0.5, 1.0, 1.5, 2 y 2.5% respecto a la relación molar
para observar la importancia que tiene el factor de la concentración así como el
efecto dopante de la plata sobre los óxidos. En la tabla 5 podemos observar los
resultados de dichas celdas solares, utilizando nuestros óxidos dopados de plata a
diferentes concentraciones.
Ánodos Sensibilizador Cátodos Voltaje (volts)
Corriente(mA)
Área (cm2)
Eficiencia %
TiO2 Moras Grafito 0.255 0.0603 11.7 0.00183225
Ag‐TiO2 0.5% Moras Grafito 0.135 0.0163 6.6 0.00044597
Ag‐TiO2 1% Moras Grafito 0.295 0.0523 6.6 0.00322265
Ag‐TiO2 1.5% Moras Grafito 0.492 0.0534 8.74 0.00415006
Ag‐TiO2 2% Moras Grafito 0.058 0.0156 13 9.3072E‐05
Ag‐TiO2 2.5% Moras Grafito 0.023 0.0103 12 2.6356E‐05
Tabla 4 Resultados de las DSSC utilizando Ag-TiO2 a diferentes concentraciones
Aquí podemos ver que el que tuvo mayor eficiencia fue el Ag-TiO2 con una
relación molar de 1.5% produciendo uno de los voltajes más altos de 0.492 voltios.
En la gráfica siguiente podemos observar como con una pequeña cantidad de
plata como agente dopante aumentó la cantidad de energía producida, sin
embargo cuando ya hay más de 1.5% de plata en relación molar al TiO2, la
eficiencia disminuye extremadamente. Esto puede ocurrir debido a que al colocar
gran cantidad de metal puede hacer que éste mismo bloquee la acción del
semiconductor de realizar la transferencia de electrones al evitar contacto con el
sensibilizador. Lo anterior gracias a que después de pasar la relación del 1.5%, el
recubrimiento que se formaba sobre el TCO tenía aspecto metálico, brillo y
reflexión de la luz, por lo que aunque pudiéramos pensar que significaría una
mayor eficiencia para la celda al atrapar más electrones.
Con respecto al ZnO la tabla 7 muestra los resultados de las eficiencias
obtenidas para las diferentes cantidades de Ag como dopante.
Ánodos Sensibilizador Cátodos Voltaje (volts)
Corriente(mA)
Área (cm2)
Eficiencia %
ZnO Moras Grafito 0.29 0.0825 12.9 0.00272562
Ag‐ZnO 0.5% Moras Grafito 0.121 0.010 9.2 0.00018211
Ag‐ZnO 1% Moras Grafito 0.142 0.012 9.4 0.00025083
Ag‐ZnO 1.5% Moras Grafito 0.150 0.018 9 0.00042095
Ag‐ZnO 2% Moras Grafito 0.135 0.0288 9 0.00059641
Ag‐ZnO 2.5% Moras Grafito 0.070 0.0215 9 0.0002354
Tabla 5 Resultados de las DSSC utilizando Ag-ZnO a diferentes concentraciones
obten
hace
extrac
que a
aume
con e
5.2.3 D
Para
result
Án
TiO
En la figur
idos: Ag-Ti
una soluci
cto del sen
a pesar de
ento en la a
l TiO2 en lu
Dopaje con
el depósit
ados que s
nodo S
O2‐N
Figura 8
ra 30 se pu
iO2 y Ag-Zn
ión utilizan
sibilizador
e ser curva
bsorbancia
ugar del obt
n nitrógeno
to del TiO
se muestran
Sensibilizado
Jamaica
Espectroscop
uede observ
nO. Para po
ndo una pe
y se hace
as muy si
a cerca de l
tenido por e
O2 dopado
n a continua
or Cá
Gr
pia UV-Vis de
var el espe
oder obtene
equeña can
una dilució
milares, aq
os 500 nm,
el ZnO.
con nitróg
ación:
átodo
rafito
Zarzamora y z
ctro UV-Vis
er dichas b
ntidad del
ón. En este
quí se pue
, de mejor
geno, se
Voltaje (volts)
0.5
zarzamora aco
s de los óxi
bandas de a
material ut
e espectro
ede observ
absorbanc
obtuvo un
Corriente (mA)
0.047
oplada a TiO2
idos dopad
absorción,
tilizado en
podemos v
var un lige
cia de la pla
a celda co
Área (cm2)
E
12 0.0
y ZnO
os
se
el
ver
ero
ata
on
ficiencia %
00261111
Ag‐TiO2 1.5% Moras Grafito 0.492 0.0534 8.74 0.00415006
Tabla 6 Resultados del TiO2 dopado con nitrógeno
Como se puede observar en la tabla 8, aunque el voltaje fue mayor en
comparación con algunas otras celdas, la plata es un mejor agente dopante que el
nitrógeno, además de que la película de este semiconductor no poseía buena
adherencia y al estar en contacto con los extractos de sensibilizadores, gran parte
del material se perdía.
5.3 Análisis microscópicos de los materiales catódicos
5.3.2 Electrodos de PdC y PtC
En primer lugar, el rendimiento de nuestra síntesis para la obtención de Pd-C al
5% fue bastante bueno, sin embargo, el problema principal con los recubrimientos
tanto de Pd-C como de Pt-C fue que su adherencia no era tan buena, así que por
ende se utilizaron diversos recubrimientos, principalmente de Nafión para tener un
vidrio mejor recubierto y que resistiera el ensamblado sin despegarse del TCO. A
continuación se muestran los resultados:
Ánodo Sensibilizador Cátodo Voltaje (volts)
Corriente(mA)
Área (cm2)
Eficiencia %
ZnO Moras H2PtCl6 0.175 0.0386 13 0.0007247
TiO2 Moras H2PtCl6 0.153 0.0187 3.75 0.00102298
ZnO Moras Pd‐C + Cobertura
de Nafión
0.232 0.0379 5.1 0.00242994
TiO2 Moras Pd‐C + Cobertura de Nafión
0.051 0.0135 4 0.00022604
ZnO
TiO2
ZnO
TiO2
ZnO
TiO2
Tabla 7
difere
la di
adher
cualq
elabo
metal
comp
obsta
voltaje
que ú
eficien
tiene
mejor
efecto
O Mo
2 Mo
O Mo
2 Mo
O Mo
2 Mo
7 Resultados o
En el ca
entes forma
spersión d
rencia y d
uiera de
ración de
es se obse
letamente h
nte, se log
e cuando e
nicamente
Una de la
ncia y la ad
propiedade
ran la trans
os químicos
oras
oras
oras P
oras P
oras
oras
obtenidos de l
apítulo ant
as de utiliza
del carbon
distribución
las dos
los cátod
ervó la form
homogénea
gró tanto un
el carbono d
colocando
as razones
dherencia d
es conducto
sferencia d
s y térmicos
Pd‐C + Nafió
Pd‐C + Nafió
Pt‐C + Cobert
de Nafión
Pt‐C + Cobertde Nafión
Pt‐C + Nafió
Pt‐C + Nafió
los diferentes
terior se h
ar el nafión
no dopado
n sobre e
metodolog
os dopado
mación de u
a, comprob
na mejor a
dopado se
el recubrim
s por las c
de las celda
oras porque
de las carg
s.
ón 0.3
ón 0.2
tura
n
0.2
tura n
0.1
ón 0.2
ón 0.1
s electrodos do
habló de
para mejo
o y así
el vidrio.
gías para
os con es
una solució
bando que e
adherencia
disolvió en
miento
cuales la in
as es graci
e en su estr
gas ademá
385 0.0
223 0.0
250 0.0
199 0.2
211 0.0
140 0.0
opados
las
orar
su
En
la
tos
ón
el nafión es
como la p
n la solució
ncorporació
ias a que é
ructura (fig
ás de que
Figura 9 E
060 9
0172 8.58
0261 15
243 11.6
057 7.35
0468 13
s un buen d
roducción
ón de nafión
ón del nafió
éste es un p
ura 31), tie
es muy es
Estructura del
0.00362
8 0.00060
0.00058
6 0.02583
5 0.00226
0.00070
disolvente,
de un may
n/isopropan
ón mejoró
polímero q
ne poros q
stable cont
l Nafión
196
865
843
963
956
823
no
yor
nol
la
ue
ue
tra
y por
para o
5.3.3 E
Anter
palad
soluci
y delg
los re
obser
Figura
Finalment
consiguien
observar el
Electrodo d
iormente s
io utilizand
ión de PdC
La capa q
gada de co
esultados q
rvados por
a 10 Micrograf
te, entre am
nte la efici
tamaño de
de Paladio
e explicó a
do el méto
Cl2 para el d
que se depo
olor platead
que se mu
r los difer
fía de Pt-C
mbos metal
encia en la
e partícula
a detalle la
odo electro
epósito sob
ositó despu
do que fue
uestran en
rentes óxid
les como s
as DSSC,
y la forma
a técnica p
oquímico.
bre el TCO
ués de los 3
utilizada e
n la tabla
dos, tamb
Figura 1
u efecto do
se obtuvie
en que se
para la obte
En esta re
que se mu
30 minutos
n el ensam
10. Adjunt
bién se en
11 Micrografía
opante sobr
eron imáge
encuentra
ención de
eacción se
uestra a con
fue una ca
mblado de l
to de esto
ncuentran
a de Pt-C
re el carbo
nes de SE
la estructur
una capa d
e utilizó u
ntinuación.
apa resisten
la DSSC co
os resultad
los voltaj
no
EM
ra.
de
na
nte
on
os
es
obten
realiza
es el g
Ánod
ZnO
ZnO
TiO2
TiO2
ZnO
ZnO
Tabla 8
anteri
eléctr
así po
corres
un m
electr
pesar
síntes
adem
durab
idos por ce
ar la comp
grafito y ve
os Sensib
O Mo
O Mo
2 Mo
2 Mo
O Mo
O Mo
8 Eficiencias d
Un
or es la im
rico para po
odemos ve
spondiente
mayo voltaj
roquímicam
r de exist
sis del cáto
ás de ten
bilidad de la
eldas que s
aración de
er su efectiv
bilizador C
oras
oras G
oras
oras G
oras
oras
de los óxidos u
a de las sit
portancia q
oder realiza
r que los co
tenían tan
e. Por otr
mente no tu
tir una re
odo a difer
ner una re
a capa dura
se prepara
l paladio, a
vidad frente
Cátodos V
Pd
Grafito
Pd
Grafito
Zinc
Cobre
utilizando met
tuaciones im
que tiene q
ar de una m
ontraelectro
nto una ma
ro lado, e
uvo los ben
lativa facil
rencia de o
esistencia,
ante todo e
ron utilizan
además de
e a algunos
Voltaje (volts)
C
0.260
0.290
0.168
0.255
0.680
0.322
tales como cá
mportantes
ue el contr
manera efec
odos que ú
ayor intensi
el uso de
neficios qu
lidad para
otros métod
adherencia
el proceso,
ndo diferen
l cátodo m
otros meta
orriente(mA)
Á(c
0.072
0.0825 1
0.0216 7
0.0603 1
0.470
0.16
átodos
s que podem
raelectrodo
ctiva la trans
únicamente
idad de co
la capa d
e se espe
a la
dos,
a y
las
Figura utilizanelectro
tes metale
más común
ales.
Áreacm2)
Efici
13 0.002
12.9 0.00
7.92 0.000
11.7 0.001
13 0.426
13 0.007
mos conclu
sea un bu
sferencia d
e eran lámin
rriente com
de paladio
raban en l
12 Cobertundo el oquímico
s para pod
utilizado q
iencia %
204736
26928
061435
183225
613333
762717
uir en la tab
en conduct
de electrone
nas del me
mo producía
o depositad
las DSSC.
ra de paladimétod
der
ue
bla
tor
es,
tal
an
da
A
oo
eficiencias siguen siendo mayores utilizando un cátodo de grafito.
5.4 Análisis espectrofotométricos de los componentes de los extractos
utilizados como colorantes
A lo largo de este trabajo se ha explicado la vital importancia que tienen los
sensibilizadores dentro de las DSSC, y también se ha dicho los diferentes tipos de
sensibilizadores que se utilizaron en el proyecto que son: clorofila, antocianinas
extraídas de Jamaica y zarzamoras y la ftalocianina.
5.4.1 Comparaciones generales
Dentro de los resultados, se puede observar en la siguiente tabla:
Ánodos Sensibilizador Cátodos Voltaje (volts)
Corriente(mA)
Área (cm2)
Eficiencia %
ZnO Jamaica Grafito 0.213 0.1035 12.81 0.00267105
ZnO Clorofila Grafito 0.238 0.0353 11.81 0.00099768
ZnO Ftalocianina Grafito 0.265 0.0615 16.1 0.00146125
ZnO Moras Grafito 0.29 0.0825 12.9 0.00272562
Tabla 9 Resultados de DSSC de ZnO utilizando diversos sensibilizadores
En cuanto a estos resultados, se puede observar que los niveles más altos
de voltaje que nuestras celdas arrojaron fueron las moras y la ftalocianina para las
DSSC utilizadas con ZnO mientras que utilizando los mismos sensibilizadores
pero ahora con TiO2 los efectos fueron los siguientes:
Ánodos Sensibilizador Cátodos Voltaje (volts)
Corriente(mA)
Área (cm2)
Eficiencia %
TiO2 Jamaica Grafito 0.160 0.015 13 0.00024682
TiO2 Clorofila Grafito 0.267 0.0337 14.52 0.00083767
TiO2 Ftalocianina Grafito 0.159 0.0100 7.35 0.00028878
TiO2 Moras Grafito 0.255 0.0603 11.7 0.00183225
Tabla 10 Resultados de DSSC de TiO2 utilizando diversos sensibilizadores
Haciendo una comparación entre cada una de las tablas, podemos observar
algunas diferencias y similitudes entre los sensibilizadores, estos detalles se
explicarán a continuación de manera breve por cada colorante utilizado:
5.4.2 Moras
La figura 35 nos muestra el espectro de absorción de UV-Vis que tiene la
zarzamora, que es uno de nuestros colorantes utilizados así como las diferentes
longitudes de onda a las que absorben nuestra misma zarzamora pero ahora
cuando se encuentra en conjunto con nuestros óxidos. De acuerdo con este
espectro, el que mejora demasiado al absorber la radiación electromagnética
desde los 250 hasta los 650 nm aproximadamente es el ZnO, teniendo las mismas
absorbancias que tiene la zarzamora sola y también en zonas donde por sí sola no
tiene ninguna absorción.
de m
extrac
UV-V
zarza
utiliza
camb
mismo
encue
morad
Figuracon zaTiO2 c
manera imp
cto de zarz
is anterior p
mora. En c
ado en las
io de color
o espectro
entra entre
dos.
a 14: A la derarzamora, a laon zarzamora
Figur
te
e
ortante el
zamora es r
pues el TiO
cambio, el t
DSSC con
r de rojo a
o cuando la
los 400 y
recha ZnOa izquierda
a 13 Espectro
Para
hace una
soluciones
enemos al
en contacto
color del
rojo), situac
O2 no prese
tubo derech
n el mismo
a morado y
a mayor p
500 nm, p
o de UV-Vis de
a una ilust
compara
en la fig
TiO2 con e
o estas dos
extracto d
ción que se
enta mucha
ho de la fot
extracto d
y dichas to
parte de la
pues corres
e la zarzamora
tración visib
ación de
gura 36.
el extracto d
s sustancia
de zarzamo
e puede co
as diferencia
tografía se
de zarzamo
onalidades
absorban
sponden a
a y los dos óxi
ble de est
los tubos
En el tub
de zarzamo
as, el óxido
ora (el colo
omprobar e
as en la ab
encuentra
ora, en don
son obser
cia de la
colores en
idos
os datos,
de dich
bo izquierd
oras, al est
o no modifi
or inicial d
n el espect
bsorción de
nuestro Zn
nde existe
rvables en
sustancia
ntre azules
se
as
do
tar
có
del
tro
la
nO
un
el
se
s y
de za
much
poco
5.4.3 F
La ft
electr
debid
decid
de la
donde
ésta m
Finalment
arzamoras,
o mayores
mejor cada
Ftalocianin
talocianina
romagnética
o a su cost
ió incluirla
s eficiencia
e se encue
misma acop
Figura 1
te, se pued
situación
las que tie
a uno de los
na
es conoc
a y aunque
to y que su
para tener
as. De igu
ntran de la
plada con e
15 Espectro d
de acordar
que se ve
enen ZnO q
s sensibiliza
cida por
e no es mu
síntesis es
r un colora
ual manera
misma ma
el TiO2 y Zn
de UV-Vis de la
que el ZnO
reflejado
que las de
adores utiliz
su poder
y utilizado
s ligeramen
nte inorgán
se realizó
anera que e
nO.
a zarzamora y
O se acopl
en las efic
TiO2. En s
zados.
de abso
como sens
nte más cos
nico para e
ó un espec
el ejemplo a
y los dos óxido
a mejor co
ciencias, en
seguida se
rción de
sibilizador e
stosa, en es
efectos de
ctro UV-Vi
anterior, la f
os
on el extrac
n donde so
explicará
la radiació
en las DSS
ste trabajo
comparació
s (figura 3
ftalocianina
cto
on
un
ón
SC
se
ón
37)
a y
ftaloc
interv
poco
eficien
voltaje
5.4.4
Una d
utiliza
extraí
de ce
espec
400 a
Figura por clo
En este
ianina acop
alo de los
mayor lon
ncias demo
e el que co
Clorofila
de las obse
aban la ene
ído la clorof
ldas.
ctro el TiO2
a los 800 n
16 Fotoánodorofila
espectro
plada al Zn
800 nm ha
ngitud de
ostradas co
ntiene TiO2
ervaciones
ergía del So
fila de hoja
acoplado
m que vien
o al momento
se puede
nO como a
asta casi lo
onda el T
on cada uno
2.
que hizo n
ol para su p
as de planta
con la cloro
ne siendo e
de ser impreg
ver que
acoplada al
os 250 nm,
TiO2. Estos
o de estos s
nacer a las
propia prod
as para ide
espe
a pe
pued
long
com
que
la de
ofila tiene s
el espectro
gnado
tanto las
TiO2 son
quizás lige
s resultado
sensibilizad
s DSSC fue
ucción de e
ntificar su p
En la f
ectro de UV
esar que
de ver gra
gitud de on
mparando re
tuvo una m
el TiO2 se
su absorba
visible mie
absorbanc
muy seme
eramente a
os coadyuv
dores, most
e hacia las
energía, po
posible uso
figura 39
V-Vis de la
a simple
an diferen
nda a la qu
esultados c
mayor eficie
puede dec
ncia mayor
entras que
cias entre
ejantes en
abarcando
van con l
trando may
s plantas q
or ende se
o en este ti
tenemos
clorofila q
vista no
cia entre
ue absorbe
con la celd
encia que f
cir que en
r de entre l
el ZnO tie
la
un
un
as
yor
ue
ha
po
el
ue
se
la
en,
da
ue
el
os
ne
su ma
mayo
parte
capta
5.4.5 J
De ac
sensib
cerca
corres
peque
obser
como
acopla
comp
obten
ayor absorb
r energía r
del espec
ción y más
Jamaica
cuerdo a la
bilizador u
na a las
spondiente
eño pico d
rva en el ár
ha sido e
amiento co
agina con l
ida los de Z
Figura
bancia en
radiante pr
tro pertene
posibilidad
as eficienci
tilizado. A
observada
al espect
e absorban
rea de UV e
en gran par
on las nano
los resultad
ZnO.
a 17 Espectros
el área de
roveniente
eciente al U
des de prod
ias mostrad
pesar de
as por el
tro UV-Vis
ncia cercan
entre los 20
rte de las c
opartículas
dos obtenid
scopía UV-Vis
UV. Lo an
del Sol de
UV, por co
ducir energí
das, el ext
que la e
extracto
podemos
no a los 50
00 y 300 nm
celdas, que
de ZnO q
dos de las c
s de la clorofil
nterior nos
los 400 a
onsiguiente
ía es el TiO
tracto de ja
energía ge
de zarzam
observar
00 nm, su
m. La figura
e el sensib
que las de
celdas, sien
a
quiere dec
a los 800 n
quien tien
O2.
amaica no
nerada es
mora, en
que aunq
mayor ab
a también s
bilizador tie
TiO2, situa
ndo la de m
cir que exis
nm que de
ne una mej
fue el mej
ligeramen
la figura 4
que tiene
sorbancia
se puede ve
ene un mej
ación que
mayor energ
ste
la
jor
jor
nte
40
un
se
er,
jor
se
gía
5.5 An
5.5.1 D
extrac
Consi
utiliza
03, co
5.5.1.1
La fi
geom
nálisis teór
Determinac
cto
iderando la
ados, se ha
on un méto
1 Cianidin‐3
gura 41 m
étricos se m
Figura 18semicond
rico de los c
ción de las e
as estructur
an optimiza
do HF y un
3‐galactósid
muestra d
muestran e
8 Espectroscuctores
componen
estructuras o
ras de las
ado dichas
n conjunto d
do
dichas estr
en la tabla 1
copia UV-Vis
tes princip
optimizadas
antocianina
estructuras
de base 6-3
ructuras o
12.
del extract
pales de cad
para cada
as más com
s utilizando
31G.
ptimizadas
to de jamaic
da extracto
componente
munes de
o el program
s. Algunos
ca acoplado
o
e principal d
los extract
ma Gaussia
parámetr
a los
del
tos
an
ros
Átom
C5 –
C11 –
C20 –
C12 –
C31 –
C1 –
Tabla 1
carbo
estruc
apant
obten
mos
C6
– C12
– C21
– O15
– O38
O10
11 Distancias
Como se
onos que se
ctura se ha
tallamiento
er distancia
interatómicas
puede ob
e encuentra
a optimizad
así como t
as entre los
Figura 13-galact
s del cianidin-3
bservar, la
an formand
do, conjug
tomando en
s átomos m
19 Estructura ósido
Distan
1.3846
1.3804
1.3806
1.3739
1.4049
1.3642
3-galactósido
s primeras
o parte de
ando las i
n cuenta al
muy similar
optimizada d
ncia (Å)
60
47
61
98
97
24
s tres dista
anillos aro
nteraccione
resto de lo
res; ademá
del cianidin-
ancias cor
máticos, un
es atómica
os elemento
s, en el ca
responden
na vez que
as, efecto d
os se puede
so del C31
a
la
de
en
–
O38 s
un ca
5.5.1.2
obten
samb
Átom
C1 –
C13 –
C17 –
C9 –
Tabla 1
su distancia
rbono y un
2 Cianidin‐3
A continua
idas en e
ubiósido:
mos
C2
– C14
– O7
O3
12 Distancias
Figu
a es muy s
oxígeno, é
3‐sambubió
ación, en la
l programa
interatómicas
ura 20 Estruct
imilar al res
éstos aún se
sido
a tabla 14 s
a Gaussian
s de algunos e
ura optimizad
sto ya que
e encuentra
se muestra
n al optim
Distan
1.3969
1.3923
1.4132
1.4132
elementos del
da del cianidin
a pesar de
an dentro d
n algunas d
mizar la est
ncia (Å)
90
31
22
22
cianidin-3-sa
n-3-sambubiós
e que el en
de un anillo
distancias i
tructura de
mbubiósido
sido
lace es ent
aromático
interatómic
el cianidín-
tre
.
cas
-3-
aromá
la opt
5.5.1.3
A con
optim
distan
Átom
C4 –
C10 –
C7 –
C5 –
Tabla 1
Todas las
áticos y las
imización r
3 Cianidin‐3
ntinuación s
izada del c
ncias pero d
mos
C5
– C11
C8
O1
13 Distancias
s distancias
s distancias
realizada.
3‐glucósido
se observa
cianidin-3-g
de las otras
interatómicas
Figura 2glucósid
s mostradas
s obtenidas
una tabla
glucósido d
s estructura
s de algunos e
21 Estructurao
s correspon
son muy s
con distanc
e la maner
as.
Distan
1.3948
1.3951
1.4002
1.4300
elementos del
a optimizada
nden a car
similares en
cias interat
ra en que
ncia (Å)
83
16
24
00
cianidin-3-glu
del cianidin
rbonos den
ntre ellas,
tómicas de
se han mo
ucósido
n-3-
tro de anill
demostrand
la estructu
ostrado est
os
do
ura
as
distan
moléc
entre
5.5.2
extrac
Con
optim
así co
energ
dos o
dichas
sensib
5.5.2.1
Figura 23teóricamen
En la tab
ncias most
cula. Las d
los átomos
Descripción
cto
ayuda de
izadas, tam
omo la ene
gía teórica
orbitales. A
s transicio
bilizadores
1 Cianidin‐3
3 Orbital te para el cian
la anterior
tradas per
iferencias e
s que rodea
n de los or
el program
mbién es po
ergía que é
necesaria
continuaci
nes para a
utilizados e
3‐galactósid
LUMO calcnidin-3-galactó
podemos
rteneciente
entre estas
an a dichos
rbitales mol
ma Gaussi
osible locali
éstos pose
para pode
ón se mos
algunas de
en las DSS
do
culadoósido
observar la
es a difere
s distancias
átomos.
leculares pa
an, adem
zar los orb
een. De es
r hacer la
strarán figu
e las antoc
SC.
.
Figuteóri
a tendencia
entes anil
s se debe a
ara cada c
ás de ob
itales mole
sta manera
transición
ras de esto
cianinas m
ura 22 Oricamente para
a en la ma
los aromá
a los efecto
omponente
btener las
culares HO
, es posibl
electrónica
os orbitales
más importa
rbital HOMOa el cianidin-3-
ayoría de l
áticos de
os existent
principal d
estructur
OMO y LUM
le calcular
a entre est
s además d
antes de l
O calculad-galactósido
as
la
tes
del
ras
MO
la
os
de
os
o
5.5.2.2
5.5.2.3
Cianid
Figura 25para el cia
Figura teóricaglucós
2 Cianidin‐3
3
din‐3‐glucós
5 Orbital HOManidin-3-samb
26 Orbital mente paraido
3‐sambubió
sido
MO calculado bubiósido
HOMO caa el cian
sido
teóricamente
lculadonidin-3-
Figurpara
Figurateóricaglucós
ra 24 Orbital Lel cianidin-3-s
a 27 Orbitaamente parsido
LUMO calculasambubiósido
al LUMO cara el cia
ado teóricameo
alculadoanidin-3-
ente
