Celdas solares sensibilizadas por colorantes basadas en BiOCl.
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Date
2025
Authors
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Publisher
Universidad de Concepción
Abstract
Las celdas solares sensibilizadas por colorante (DSSC) se han establecido como una de las alternativas sencillas y de bajo costo de producción capaces de funcionar en condiciones de baja luminosidad. Estas celdas están compuestas típicamente de un fotoánodo en base a TiO2, un electrolito y un contraelectrodo. A la fecha no han superado el 15 % de eficiencia de conversión energética, siendo los procesos de recombinación asociados a la reducida movilidad electrónica que presenta el TiO2, una de las principales problemáticas que limitan el rendimiento.
En este sentido, el BiOCl es un semiconductor ampliamente investigado en aplicaciones fotocatalíticas, debido a sus propiedades similares al TiO2 y presentar una estructura anisotrópica en la dirección [001] responsable de la generación de un campo electrostático interno que favorece la separación eficiente de pares electrón-hueco. Esta investigación se centra en la síntesis de películas de BiOCl con morfologías jerarquizadas, para ser aplicadas como fotoánodos en DSSC, con el objetivo de reducir los procesos de recombinación.
A lo largo del trabajo, se establecieron las condiciones de síntesis necesarias para obtener BiOCl con morfologías jerarquizadas y crecimiento preferencial mediante coprecipitación. Además, se desarrollaron protocolos de sinterizado y formulación de pasta que permitieron obtener películas libres de fracturas y con uniformidad superficial, optimizando las condiciones de montaje de las celdas. Se fabricaron DSSC bajo diferentes estrategias de sensibilización y tratamiento superficial, evaluando el desempeño fotovoltaico y las propiedades fotoelectroquímicas de las películas. Los resultados mostraron valores de VOC comparables a los reportados para dispositivos basados en TiO2 (alcanzando un valor récord de 650 mV) y la mayor eficiencia registrada para celdas con BiOCl (0,1 %). Sin embargo, el desempeño permaneció limitado principalmente por la recolección de carga. El análisis de EIS sugiere que la transferencia de carga deficiente en la interfaz BiOCl/FTO, junto con un mecanismo de recombinación asistido por trampas evidenciado por factores de idealidad m >2 y elevadas capacitancias químicas, restringen la vida media de los portadores de carga (𝜏 ~0,2 ms). Estos factores estructurales y cinéticos que restringieron la obtención de valores más altos de JSC y FF.
Este escenario indica que la ventaja teórica asociada a la alta movilidad del BiOCl tiende a verse contrarrestada por problemas de inyección de portadores y procesos de recombinación rápida, manteniendo el rendimiento acotado a pesar de las ganancias en voltaje.
Description
Tesis presentada para optar al grado de Doctor/a en Ciencias e Ingeniería de Materiales.
Keywords
Células solares sensibilizadas por colorante, Recursos energéticos renovables, Fotoelectroquímica