Diseño, fabricación y caracterización de celdas solares inorgánico-orgánicas y orgánicas

Abstract

In this thesis the investigation in solar cells alternative to those commercially available begins. In Mexico, few research groups address these issues. One of these groups is the one of photonics of the Center of Investigations in Optics, with which in collaboration with the Faculty of Physical and Mathematical Sciences of the UMSNH this work is developed in which the design, elaboration and characterization of cells is presented Inorganic-organic solar and organic solar cells. The inorganic-organic cells are based on a nanocrystalline solution of titanium dioxide TiO2, and use as sensitizers different organic inks extracted from fruits such as blackberry, raspberry and purple cabbage; The cell anode and tasting are made on glass containing a layer of Tin Indium Oxide (ITO). A solution based on C 60 fullerene and a photoconductive and fluorescent polymer called MEH - PPV are used to make organic cells, which are deposited again on a substrate (anode) with ITO. The cathode of the organic cell is made of a metal alloy (Lead, Bismuth, Cadmium, Tin) which melts at 75 ° C. To characterize the solar cells that are manufactured is used an electric circuit in which when light hits Obtains for the inorganic-organic cells an open circuit voltage (Voc) register of approximately 502 mV and a short circuit current (Isc) between 1 and 2 mA. The organic solar cells register a voltage Voc ~ 512 mV and a current Isc ~ 0,035 mA. The advantages of these solar cells are diverse, among them the low cost, ease of elaboration and integration to electrical circuits.

En esta tesis se inicia la investigación en celdas solares alternativas a las disponibles comercialmente. En México son pocos grupos de investigación que abordan estos temas. Uno de estos grupos es el de fotónica del Centro de Investigaciones en Óptica, con el que en colaboración con la Facultad de Ciencias Físico - Matemáticas de la UMSNH se desarrolla este trabajo en el que se presenta el diseño, la elaboración y la caracterización de celdas solares inorgánico-orgánicas y de celdas solares orgánicas. Las celdas inorgánico- orgánicas están basadas en una solución nanocristalina de dióxido de titanio TiO2, y emplean como sensibilizadores diferentes tintas orgánicas extraídas de frutos como zarzamora, frambuesa y col morada; el ánodo y catado de la celda son elaborados sobre vidrios que contienen una capa de Oxido de Indio Estaño (ITO). Para fabricar celdas orgánicas se emplea una solución a base del fulereno C 60, y de un polímero fotoconductor y fluorescente denominado MEH − PPV, que se deposita nuevamente sobre un sustrato (ánodo) con ITO. El cátodo de la celda orgánica se elabora de una aleación de metales (Plomo, Bismuto, Cadmio, Estaño) que se funde a 75 ◦ C. Para caracterizar las celdas solares que se fabrican se emplea un circuito eléctrico en el que al incidir luz se obtiene para las celdas inorgánico-orgánicas un registro de voltaje a circuito abierto (Voc) de aproximadamente 502 mV y una corriente en corto circuito (Isc) entre 1 y 2 mA. Las celdas solares orgánicas registran un voltaje Voc ∼ 512 mV y una corriente Isc ∼ 0,035 mA. Las ventajas que presentan estas celdas solares son diversas, entre las que destacan su bajo costo, facilidad de elaboración e integración a circuitos eléctricos.