P27 Desarrollo y fabricación de módulos de celdas solares de óxido de titanio sensibilizadas con colorante (DSC) y puntos cuánticos (QDs), y de orgánicas fotovoltaicas (OPVs)

Desarrollar celdas solares y sub-módulos fotovoltaicos a base de óxidos de titanio sensibilizadas con colorantes y puntos cuánticos (DSSC), así como también celdas solares orgánicas fotovoltaicas (OPV) de heterouniones sólidas. Optimizar los procesos de la preparación de celdas solares DSSC en área pequeña, así como escalar los procesos de síntesis del nanomaterial de TiOy el depósito de capas nanoestructuradas de las celdas solares DSSC de nivel laboratorio a nivel semiautomático por medio de la técnica de serigrafía. Obtener conductores transparentes de SnO:F de alta calidad para su aplicación en celdas solares DSSC. Diseñar y sintetizar nuevos compuestos orgánicos a utilizarse en la fabricación de celdas orgánicas fotovoltaicas (OPVs). Innovar la síntesis del compuesto polimérico del poli(3-hexiltiofeno) (P3HT) y de nanopartículas de calcogenuros de metales para su aplicación en celdas solares híbridas.

En la actualidad la mayor parte de la generación de fotovoltaica está basada en la tecnología del silicio (mono y policristalino). La búsqueda de otras celdas solares más económicas y simples de producir conduce a la investigación sobre celdas solares sensibilizadas con colorante (DSC) y orgánicas (OPV). Los semiconductores orgánicos son materiales moleculares mucho más desordenados que los semiconductores inorgánicos. Por lo tanto, la eficiencia de conversión de las celdas orgánicas es baja. Además son inestables en el ambiente, perdiendo su conductividad cuando están en contacto con oxígeno y humedad. Para mejorar la estabilidad de estas celdas, se propone estudiar celdas solares híbridas del polímero conductor (P3HT) con diferentes nanopartículas inorgánicas.

Para llegar a una calidad aceptable, el primer paso es generar un proceso de fabricación que resulte en celdas y módulos con un desempeño adecuado en eficiencia, reproducibilidad y repetibilidad. Uno de los aspectos más atractivos de las DSC, es que todavía existen muchas oportunidades de desarrollo de nuevos materiales. En este trabajo se ha cambiado el colorante típico, basado en complejos de bipiridilo de rutenio, a nuevas porfirinas con coeficientes de absorción más altos. Además, el par redox que sirve como mediador en el electrolito y que se encarga de regenerar el colorante a su estado base, después de haber inyectado un electrón en el TiO, se ha cambiado del par tri-ioduro/ioduro a un par de Co(III/II) tris(bipiridilo).

El resultado final de este proyecto será una descripción detallada de cómo fabricar de manera repetible y reproducible celdas solares DSC y OPVs, y un sub-módulo de DSC.

La gran ventaja de la tecnología es que los materiales y procesos usados en la fabricación son relativamente baratos y sencillos: no se requieren sofisticados equipos de ultra vacío. Por lo cual, existen grandes oportunidades en el escalamiento de esta tecnología.

Líder técnico

Dr. Antonio Esteban Jiménez González

Instituto de Energías Renovables (IER-UNAM). Investigador.

Priv. Xochicalco s/n Col. Centro, Temixco, Morelos C.P. 62580

Nivel II del Sistema Nacional de Investigadores.

Área de investigación en materiales semiconductores y fotocatálisis homogénea y heterogénea.

http://ier.unam.mx/academicos/ajg/

Responsable administrativo

Ing. Beatriz Olvera Rodríguez

Instituto de Energías Renovables (IER-UNAM). Secretaria Administrativa.

Priv. Xochicalco s/n Col. Centro, Temixco, Morelos C.P. 62580

Instituciones participantes

Nuestros desarrollos

Al final del proyecto se obtendrán:

  • Prototipos de celdas de 0.5 cm² con eficiencia de al menos 7% y sub-módulos de 20 cm² con eficiencia de al menos 4%.
  •  Prototipo de una celda solar tipo Graetzel sensibilizada con QDs, colorantes y nanopartículas de oro con eficiencia de conversión del 3.5 %.
  •  Prototipo de celdas solares híbridas del tipo P3HT:MeO y P3HT MeS (Me=metal) con eficiencias de conversión de al menos 3.5%.
  • Celdas solares (OPVs) a nivel prototipo con eficiencias de alrededor del 6% y un prototipo electrónico para la alimentación de pequeños dispositivos eléctricos.
  • Prototipos de sub-módulos de las dos tecnologías: DSC y OPV, y se estudiará su desempeño.
  • Estrategia de transferencia de tecnología.
  • Recurso humano especializado.
  • Innovación de proceso en películas delgadas de SnO:F,  Procesos reproducibles en la síntesis del conductor transparente de SnO:F, procesos reproducibles en la síntesis de capas de TiO nanoestructurado tanto compactas como mesoporosas.

 

Resultados alcanzados

Artículos

Nanocristales coloidales de sulfuro de cobre: Propiedades electroquimicas, eléctricas y morfológicas.
Nanopartículas de titania anatasa para cubrir microfibras P3HT: Propiedades morfológicas.
El efecto de la recombinación bajo condiciones de corto circuito en la determinación de las propiedades de transporte de carga en fotoelectrodos nanoestructurados.
Colorantes orgánicos para la sensibilización de fotoánodos nanoestructurados de ZnO: efecto de las funciones de anclaje.
Evaluación crítica de la influencia de la corriente intercambio en la oscuridad sobre desempeño de celdas solares sensibilizadas con colorante
Escalamiento de celdas solares sensibilizadas con colorante: influencia de la resistencia del sustrato
Propiedades fotovoltaicas de celdas solares de TiO2 sensibilizadas con puntos cuánticos de Bi2S3 y CdS
Preparación y caracterización de las fibras electrohiladas que contienen poli 3 hexiltiofeno y poli 3 hexiltiofeno/CdS.
Crecimiento en situ de nanobarras de In2S3 en películas híbridas de poli 3 hexiltiofeno.
Propiedades de la emisión de luz de un polímero de fluoreno-transversal conjugado: Demostración de su uso en dispositivos electroluminiscentes y dispositivos laser.
Estudio fotofísico de celdas solares a base de polímeros con una molécula órgano-borada en la capa activa
Nanocristales coloidales de sulfuro de cobre: Propiedades electroquímicas, eléctricas y morfológicas
Nanopartículas de titania con fase anatasa para recubrir microfibras de P3HT: Propiedades morfológicas,
Efecto de la radiación en el rango de las microondas sobre la síntesis del poli (3-hexiltiofeno) y su subsecuente desempeño fotovoltaico en celdas solares de CdS/P3HT.
Influencia de la molienda por bolas del reactivo precursor en la mejora de las propiedades estructurales, morfológicas, ópticas y eléctricas de películas delgadas de AIZnO.
Pureza y cristalinidad de microbarras de sulfuro de antimonio sintetizado por microondas

Conoce más del proyecto

El Dr. José Luis Maldonado del CIO y miembro del Proyecto 27 habla acerca de las Celdas Fotovoltaicas con el propósito de divulgar el quehacer de los Centros de investigación CONACYT, en espacios dirigidos a niños y jóvenes.