Treballs premiats

Efecte dels espectres d’absorció en l’eficiència de cèl·lules solars sensibilitzades amb colorant

Efecte dels espectres d’absorció en l’eficiència de cèl·lules solars sensibilitzades amb colorant

Detall

Àmbit temàtic: QUÍMICA
Edició: Premiats 2014

Centre: Institut Jaume Vicens Vives, Girona
Autor: José Andrés Ballester Huesca
Nivell educatiu: 2n Batxillerat
Tutora: Estefania Morant Font

 

 

Objectius:

Avui dia, l’obtenció d’energia de manera eficient i neta representa un gran desafiament global. En el marc de les fonts d’energia renovables, les cèl•lules solars sensibilitzades amb colorant (DSSC), presentades al 1991, ofereixen una construcció més fàcil i econòmica que les cèl•lules de silici actuals. No obstant això, les DSSC no representaran una alternativa comercial sòlida fins que les seves baixes eficiències no millorin substancialment.
En aquest sentit, aquest treball pretén comparar l’eficiència de diferents DSSC i estudiar com hi influeixen els espectres d’absorció dels seus colorants en la regió del visible (400-800 nm), on es concentra la radiació solar. Així mateix, s’han comparat els espectres experimentals amb d’altres obtinguts mitjançant càlculs de química computacional, per tal d’avaluar la fiabilitat d’aquests càlculs com a eina per a predir les estructures dels colorants eficients del futur sense necessitat de sintetitzar-los, obtenint un gran estalvi econòmic.

 

Metodologia:

La investigació va consistir en la fabricació de catorze DSSC amb set colorants diferents al laboratori del Prof. Emilio Palomares, a l’Institut Català d’Investigació Química de Tarragona. Les cèl·lules es basaven en dos vidres actuant com a elèctrodes, un electròlit i dues capes de diòxid de titani de 4 µm de gruix, en les quals s’ancorava el corresponent colorant. Finalment, les cèl·lules foren segellades amb una premsa tèrmica.
Seguidament, es van mesurar les eficiències de les cèl•lules per mitjà d’una unitat de mesura de fonts energètiques (SMU) connectada a les cèl•lules irradiades amb un simulador solar.
Els espectres d’absorció dels colorants foren obtinguts en dissolució amb un espectròmetre UV, i alhora van ser calculats computacionalment a partir de les seves estructures moleculars. Els càlculs, realitzats amb la col·laboració del Dr. Eduard Matito (UdG), van ser executats als clústers de càlcul de la UdG amb el programa Gaussian 09 i els funcionals PBE0 i M06.

 

Conclusions:

El treball ha comprovat l’existència de múltiples factors que influeixen en l’eficiència de les DSSC però, efectivament, s’observà que els més importants són les bandes d’absorció dels colorants i les seves posicions i intensitats, atès que l’eficiència augmenta en major mesura si el colorant absorbeix millor a la zona del visible.
Així mateix, s’avaluà l’ús de càlculs computacionals com a eina per a predir certes bandes d’absorció dels colorants, obtenint resultats acceptables però no excel•lents. Així doncs, constitueixen un primer filtre per a la predicció aproximada dels pics d’absorció, de manera que poden complementar el treball experimental però, almenys actualment, no reemplaçar-lo.
En definitiva, la investigació en DSSC ha de superar encara diversos reptes, entre els quals destaca amb força la problemàtica de l’eficiència. En aquest sentit, el colorant ha de ser un important focus d’investigació, en el qual el càlcul computacional pot ser una eina d’assistència
molt potent.


Compartiu aquest projecte