Estudio del efecto de derivados coordinados de maturina-paladio como sensibilizantes en celdas solares de TiO2

Abstract

To face the obstacles related to fossil fuel depreciation and clean energy needs, explorations about new alternatives in photovoltaic technology have been boarded recently. Thus, a wide variety of solar cells from different materials are currently available. Solar cells are classified into first, second and third generation according to material nature used for photoactive layer synthesis, being the latter dye-sensitized solar cells. In the present work, third generation cells were synthesized using TiO2 and maturine acetate (1) and its derivatives 2-5 as sensitizing agents. Compound 1 was extracted from Psacalium peltatum whose chemical derivatization provided the respective semicarbazone 2 and thiosemicarbazone 3 derivatives. Further chemical reactions using Pd(II) as metal source and compounds 2 and 3 as ligands yielded the coordination complexes 4 and 5, respectively. This type of compounds highlights in solar cell research due to sustainable and ecofriendly advantages. This is the first study about the usability of 1 and its derivatives 2-5 in third generation solar cells. The chemical and morphological characterizations of all compounds were carried out by physical and spectroscopic data, including NMR, IR, UV / Vis, MS and SEM. Sensitizing properties of synthesized photovoltaic cells were also determined, where efficiency was increased in two magnitude order when thiosemicarbazone 3 was used as the sensitizing agent, with respect to TiO2 cells.

Frente a la rápida depreciación de los recursos de combustibles fósiles y la creciente demanda de energía limpia, el ser humano se ha dedicado a explorar nuevas alternativas en la tecnología fotovoltaica. Actualmente, existe una amplia variedad de celdas solares, que utilizan diferentes tipos de materiales. Con base en el tipo de material utilizado en la capa fotoactiva, las celdas solares se clasifican en primera, segunda y tercera generación, en esta última se encuentran las celdas solares de TiO2 sensibilizadas con tintes. En el presente trabajo, se sintetizaron celdas de tercera generación empleando acetato de maturina (1) y sus derivados 2-5 como agentes sensibilizantes. El compuesto 1 fue extraído de Psacalium peltatum, cuya derivatización química permitió la obtención de las respectivas semicarbazona 2 y tiosemicarbazona 3. Posteriores reacciones de derivatización empleando Pd(II) como fuente metálica y los compuestos 2 y 3 como ligantes permitieron la obtención de los respectivos complejos de coordinación 4 y 5. Este tipo de compuestos son importantes en celdas solares por ser sustentables y amigables con el medio ambiente, y no existen reportes de su aplicación en celdas solares. La caracterización química y morfológica de estos derivados se llevó a cabo mediante técnicas físicas y espectroscópicas, e incluyeron RMN, IR, UV/Vis, EM y MEB. También fue posible determinar las propiedades sensibilizadoras de las celdas fotovoltaicas generadas, donde se alcanzó un incremento en dos órdenes de magnitud empleando a la tiosemicarbazona 3 como agente sensibilizante, con respecto a TiO2.