Efecto en la estabilidad fotovoltaica de celdas solares sensibilizadas por colorantes al incorporar nanopartículas de Au en el electrodo activo

Resumen Este trabajo analiza el efecto causado en la estabilidad y eficiencia fotovoltaica de Celdas Solares Sensibilizadas por Colorantes (CSSC) al incorporarle nanopartículas de Au en el electrodo activo. Para la creación de las CSSC se depositó sobre un sustrato FTO una capa compacta de TiO2 por el método de rocío pirolítico, a esta capa se le añadió una película nanoestructurada de TiO2 la cual tiene nanopartículas (NPs) de Au incorporadas. Se utilizó un catalizador de base platino que fue depositado en otro sustrato FTO y ambos vidrios fueron unidos con polímeros y el espacio fue rellenado con un electrolito base Cobalto. A estas celdas se les realizaron estudios morfológicos como Raman, SEM, UV-Vis, perfilometría y EDS, de los cuales concluimos que la composición de nuestra capa compacta es TiO2 y la fase obtenida fue anatasa con un espesor de 100 nm, también observamos una película nanoestructura de TiO2 de 2 m de espesor y NPs de Au con un diámetro ~27 nm. También se monitoreó el Voltaje y la Corriente de dichas celdas en conjunto con mediciones de espectros UV-Vis al hacer incidir luz de 355 nm (UV) y 530 nm (Verde) y en completa oscuridad. Esto nos permitió conocer las posiciones de pico de absorción de las NPs de Au y relacionarlo con un cambio en sus niveles de Fermi (carga y descarga). La carga o descarga de las NPs de Au no contribuye con un aumento en la fotocorriente y el fotovoltaje de la CSSC lo cual nos llevó a la conclusión de que las NPs de Au funcionan como sitios de recombinación, haciendo disminuir el voltaje y la corriente debido al contacto directo de las NPs de Au con la solución electrolítica. También observamos que el uso de una capa compacta de TiO2 permite disminuir la recombinación en la interfaz del FTO/Electrolito.

Abstract This work analyzes how the photovoltaic efficiency and stability of Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) changes by the incorporation of Au nanoparticles in the active electrode. We manufactured a DSSC electrode by a compact layer deposited using the spray pyrolytic method over the FTO substrate, consequently a TiO2 nanostructured film, with Au nanoparticles on their matrix, was deposited by screen printing method. A counter electrode we fabricated by deposition of a platinum solution over an FTO substrate. These electrodes were ensembled in a sandwich configuration and sealed with a polymer, temperature and pressure. The space between both electrodes was filled with a cobalt base redox mediator. These electrodes were morphologically analyzed by Raman, SEM, UV-Vis, profilometry and EDS, which we conclude that we have a compact layer composited of TiO2 in anatase phase with a thickness of 100 nm, also we observed a TiO2 nanostructured film with a thickness of 2 m and Au NPs with diameter ~27 nm. The Voltage and Current of these cells were simultaneously monitored with measurements of UV-Vis spectra when switch on/off light (355 nm and 530). This simultaneous measurement allowed us to know the absorption peak positions of Au NPs and relate it to a change in their Fermi levels (charging and discharging) on assembled CSSC. This change discharge processes does not contribute to increase the photovoltage and photocurrent of the DSSC. We concluded that the Au NPs function as recombination sites, reducing the voltage and current due to the direct contact with the electrolyte solution. We also observe that the use of a TiO2 compact blocking layer allows to reduce recombination at the FTO/Electrolyte interface.