Células solares sensibilizadas por colorantes basadas en complejos de Cu (I) que contienen grupos de anclaje...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Las instalaciones fotovoltaicas
• Química de coordinación

Sus antecedentes:

• El desarrollo de materiales eficientes y estables de recolección de luz es crucial para el avance de la tecnología de celdas solares.
• Los complejos de cobre-I ofrecen un potencial como alternativas rentables a los sensibilizadores de metales nobles en las células solares sensibilizadas con tintes (DSSC).
• Los ligandos basados en fenantrolina son ampliamente explorados por su capacidad para formar complejos metálicos estables con propiedades electrónicas sintonizables.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar nuevos ligandos basados en la fenantrolina y sus correspondientes complejos de cobre-I.
• Investigar las propiedades fotofísicas, electroquímicas y fotovoltaicas de estos nuevos materiales.
• Evaluar el rendimiento de los complejos de cobre-I sintetizados como sensibilizadores en las células solares sensibilizadas por colorantes de tipo n (DSSC).

Principales métodos:

• Síntesis de ligandos fenantrolínicos funcionalizados por catecol (L1, L1') y complejos de cobre (C1, C1', C2, C2').
• Caracterización utilizando espectroscopia de estado estacionario y resolución de tiempo, voltametría cíclica y cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT).
• Fabricación y ensayo de DSSC de tipo n utilizando los complejos sintetizados, con un rendimiento evaluado por la eficiencia de fotoconversión (PCE) y la eficiencia de fotón a corriente incidente (IPCE).

Principales resultados:

• Un complejo heteroleptico de cobre-I (C2) logró una eficiencia de fotoconversión (PCE) del 1,88% en los DSSC de tipo n, una mejora de 35 veces con respecto a los DSSC anteriores basados en cobre-I de diimina-difosfina.
• La inyección eficiente de carga fotoinducida y la transferencia interfacial de electrones fueron confirmadas por IPCE y espectroscopia de impedancia electroquímica.
• Los anclajes de catecol facilitaron el uso de electrolitos acuosos, lo que condujo a un rendimiento estable de DSSC durante más de 10 días.

Conclusiones:

• Los nuevos complejos de cobre (I) basados en fenantrolina muestran una promesa significativa para las células solares sensibilizadas por colorantes eficientes y estables.
• El sistema de cromóforo dual, que involucra la interacción catecol-TiO2 y la antena del complejo de cobre-I, mejora el rendimiento de la célula solar.
• El desarrollo de DSSC estables con electrolitos acuosos que utilizan estos materiales representa un avance significativo en la investigación fotovoltaica.