Nueva visión del funcionamiento de las celdas solares

Las DSSC han llamado mucho la atención como alternativas prometedoras a las celdas solares tradicionales a base de silicio, especialmente porque contienen materiales menos caros y requieren procesos de fabricación relativamente sencillos. Estas celdas consisten en un ánodo de óxido de titanio (TiO2) fotosensibilizado (cubierto con un tinte que absorbe la luz solar), un electrolito líquido y un cátodo metálico.

Puesto que la fotocorriente depende del nanomaterial colorante, elucidar y controlar su actividad interfacial es indispensable para aumentar la eficacia de la conversión fotoeléctrica. En el marco del proyecto POLYMAP (Mapping and manipulating interfacial charge transfer in polymer nanostructures for photovoltaic applications), los científicos analizaron una relación entre la actividad electroquímica o electrocatalítica de los materiales y los cambios en la morfología que tienen lugar en las interfaces de los electrodos de las DSSC.

Utilizando una nueva técnica de sonda electroquímica de rastreo de alta resolución, la microscopía de rastreo mediante celda electroquímica (SECCM), los científicos superaron los retos asociados al estudio de los materiales nanoestructurados de los electrodos. Iluminando los electrodos y utilizando SECC, obtuvieron correctamente la distribución de la actividad fotoelectroquímica de los agregados de TiO2 recubiertos con tinte con resoluciones inferiores a una micra. Modular la intensidad de la luz permitió estudiar los procesos de pérdidas que limitan la eficiencia de conversión.

Teniendo en cuenta su papel fundamental en los mecanismos de transporte de carga, el trabajo también se dirigió a preparar y realizar la caracterización electroquímica de polímeros conjugados con grosores de 5 a 500 nm. Al ponerlos bajo el microscopio, se observaron variaciones en la actividad electroquímica debidas, principalmente, a heterogeneidades en las láminas electroactivas. La combinación de SECC con microscopia de fuerzas atómicas y microespectroscopia Raman, el equipo encontró una relación entre la estructura y la reactividad de las láminas orgánicas electrodepositadas.

También se observó que otros materiales que aumentan la velocidad de las reacciones químicas, los nanotubos de carbono, eran electroactivos en toda su longitud, aunque su morfología afecta a su reactividad. Los científicos también demostraron que los nanotubos de carbono perfectos, libres de defectos, son un electrocatalizador tan eficiente como el oro. Esto es importante especialmente para obtener peróxido de hidrógeno para utilizarlo como combustible.

Finalmente, se observó que las nanopartículas de óxido de iridio, que se han estudiado ampliamente como fotocatalizadores para dividir agua, presentaban variaciones notables en su actividad electrocatalítica en función del potencial de los electrodos.

Los resultados del proyecto proporcionan una nueva perspectiva de los dispositivos fotovoltaicos en la escala nanométrica que dará lugar, finalmente, a DSSC mejoradas.