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Title: Evaluación de la eficiencia de conversión fotovoltaica de celdas solares tipo Grätzel usando betalaínas extraídas y separadas de fuentes naturales
Authors: Vargas Rodríguez, Paulina
Issue Date: Dec-2020
Publisher: Universidad Autónoma de Zacatecas
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.
Description: The evaluation of the photovoltaic conversion efficiency of dye sensitized solar cells (DSSC) or Grätzel-type is presented in this work. The DSSC consists of two electrodes built on a transparent conductive glass separated by an electrolyte; the anode consists of TiO2 sintered into the glass sensitized with betaxanthins, betacyanins or mixtures of both. Betalains are compounds naturally found in various fruits and vegetables. For this work, betalains were extracted from red, pink, or orange dehydrated pitayas (Stenocereus spp). Pitaya samples were infrared dried at 40, 50, 60 and 70 °C, and betalains were extracted from both fresh and dried pitaya pulp and quantified by Nilsson's method. It was found that 70 °C dried sample for 240 minutes showed the highest content of total betalains. For the construction of the anodes, two TiO2 compositions of paste were tested, founding that the paste prepared with TiO2, ethyl-cellulose and terpineol was more viscous and suitable for the manufacture of the anodes. By means of a TGA analysis of the paste, it was determined that the optimum sintering temperature was 450 °C. Different solvent and pH conditions were tested for sensitization of the TiO2 anodes. To the sensitizing with aqueous extract containing betalain mixture obtained after a first extraction with methanol, increases the efficiency of photovoltaic conversion. The effect of sensitizing pH was studied, and it was found that adjusting the sensitizing solution to pH 2 gave the highest photovoltaic conversion efficiency for DSSC. The cathode was constructed of platinum, by sintering at 450 °C H2PtCl6-6H2O in the conductive glass. The photovoltaic tests were carried out in a solar simulator. It was found that regardless of the extraction medium, if sensitization is carried out at pH = 2 in an aqueous medium, the short circuit current increases, and consequently the maximum photovoltaic conversion efficiency is obtained, a mixture of betalains showed the highest conversion efficiency (ƞ = 0. 112 %) while the efficiency is lower when sensitizing only with betacyanins (ƞ = 0.025 %) or only with betaxanthins (ƞ = 0.0415 %). It can be concluded that betalains are a good alternative for this type of technology.
URI: http://ricaxcan.uaz.edu.mx/jspui/handle/20.500.11845/2294
Other Identifiers: info:eu-repo/semantics/publishedVersion
Appears in Collections:*Tesis*-- M. en Ciencias y Tecnología Química

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