Evaluación de la eficiencia de conversión fotovoltaica de celdas solares tipo Grätzel usando betalaínas extraídas y separadas de fuentes naturales

Abstract

En este trabajo se presenta la evaluación de la eficiencia de conversión fotovoltaica de celdas solares sensibilizadas con tinte (CSST) o tipo Grätzel. Las CSST constan de dos electrodos construidos sobre un vidrio conductor transparente separadas por un electrolito; el ánodo consiste en TiO2 sinterizado al vidrio, el cual, fue sensibilizado con betaxantinas, betacianinas o mezclas de ambas. Las betalaínas son compuestos que se encuentran de manera natural en diversas frutas y vegetales. Para este trabajo se emplearon betalaínas extraídas de pitayas deshidratadas de colores roja, rosa o anaranjada (Stenocereus spp). Las muestras de pitaya se secaron mediante radiación infrarroja a 40, 50, 60 y 70 °C, se extrajeron las betalaínas tanto de la pulpa de pitaya fresca como seca y se cuantificaron mediante el método de Nilsson, y se encontró que las muestras secadas a 70 °C durante 240 minutos mostraron el mayor contenido de betalaínas totales. Para la construcción de los ánodos, se probaron dos composiciones de pasta de TiO2 encontrándose que la pasta preparada con TiO2, etil-celulosa y terpineol que resultó más viscosa y apropiada para la fabricación de los ánodos. Mediante un análisis TGA de la pasta, se encontró que la temperatura optima de sinterización fue de 450 °C. Para la sensibilización de los ánodos de TiO2 se probaron diferentes condiciones de disolvente y pH. Al sensibilizar con extracto acuoso que contenía mezcla de betalaínas obtenido después de una primera extracción con metanol, aumenta la eficiencia de conversión fotovoltaica. Se estudió el efecto del pH de sensibilización, encontrándose que el ajuste de la solución sensibilizadora a pH 2 dio la mayor eficiencia de conversión fotovoltaica para la CSST. El cátodo se construyó de platino, mediante la sinterización a 450 °C de H2PtCl6·6H2O en el vidrio conductor. Las pruebas fotovoltaicas se realizaron en un simulador solar, encontrándose que independientemente del medio de extracción, si la sensibilización se realiza a pH = 2 en medio acuoso aumenta la corriente de corto circuito, y por consecuente se obtiene la máxima eficiencia de conversión fotovoltaica, una mezcla de betalaínas mostró la mayor eficiencia de conversión (ƞ = 0.112 % ) mientras que la eficiencia es menor cuando se sensibiliza sólo con betacianinas (ƞ = 0.025 %) o sólo con betaxantinas (ƞ = 0.0415 %) con lo que se concluye que las betalaínas son una buena alternativa para este tipo de tecnología.