SINTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE CELDAS SOLARES SENSIBILIZADAS CON PUNTOS CUÁNTICOS VERDES

Abstract

En este trabajo se presentan los resultados de la fabricación, síntesis y caracterización de celdas solares tipo Graetzel también conocidas como celdas solares sensibilizadas, en especial trabajamos con celdas sensibilizadas con puntos cuánticos enfocándonos en los llamados verdes o ecológicos. Para su fabricación se utilizó como ánodo un vidrio con una película delgada de óxido de estaño dopado con flúor (FTO por sus siglas en inglés) al que se le depositó la capa compacta de TiO2 mediante la técnica de rocío pirolítico. Las capas mesoporosas (conocidas como transparente y opaca) de TiO2 se depositaron por serigrafía. Estas capas de TiO2 actúan como elemento selectivo electrones, mientras que el fotogenerador que se agregó, está formado por un sensibilizante de puntos cuánticos (PC’s) de sulfuro de cadmio (CdS), PC’s de sulfuro de Zinc (ZnS) como capa bloqueadora para minimizar la recombinación, ambos PCs son depositados por absorción y reacción de capas iónicas sucesivas (SILAR por sus siglas en inglés). Como elemento selectivo a huecos se empleó un electrolito a base de polisulfuros, y como cátodo se utilizó un contraelectrodo de sulfuro de cobre (Cu2S). El objetivo de este trabajo fue reducir la cantidad de cadmio (Cd), un metal pesado por los problemas ambientales que este material tiene, introduciendo puntos cuánticos ecológicos de cobre, indio y azufre (CIS) para desarrollar celdas más sostenibles con una eficiencia comparable. Se realizaron diversas optimizaciones: primero para los PC’s de CdS, luego para los PC’s de CIS y finalmente para la combinación de ambos. Con el objetivo de agilizar el proceso de optimización, se realizaron diseños experimentales, variando factores como la concentración, el tiempo de depósito y los ciclos SILAR. Las optimizaciones indicaron que 8 ciclos SILAR de CdS son la mejor opción, alcanzando una eficiencia η= 1.63%. Tras las optimizaciones, al combinar los puntos cuánticos de CdS y CIS, se alcanzó una eficiencia de 1.85%, identificando el óptimo con 3 ciclos de CdS y 5 de CIS. Esto permitió reducir 5 ciclos de CdS, resultando en una celda más ecológica y con eficiencia comparable o incluso superior a la celda basada en solo en CdS.