Célula solar sensibilizada por colorante
Una celda solar sensibilizada por colorante ( DSSC , DSC , DYSC [1] o celda Grätzel ) es una celda solar de bajo costo que pertenece al grupo de celdas solares de película delgada . [2] Se basa en un semiconductor formado entre un ánodo fotosensibilizado y un electrolito , un sistema fotoelectroquímico . La versión moderna de una celda solar de colorante, también conocida como celda Grätzel, fue inventada originalmente en 1988 por Brian O'Regan y Michael Grätzel en UC Berkeley [3]y este trabajo fue desarrollado posteriormente por los científicos antes mencionados en la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) hasta la publicación del primer DSSC de alta eficiencia en 1991. [4] Michael Grätzel ha sido galardonado con el Premio de Tecnología del Milenio 2010 por esta invención. [5]
El DSSC tiene varias características atractivas; es fácil de fabricar utilizando técnicas convencionales de impresión en rollo, es semiflexible y semitransparente, lo que ofrece una variedad de usos que no son aplicables a los sistemas basados en vidrio, y la mayoría de los materiales utilizados son de bajo costo. En la práctica, ha resultado difícil eliminar una serie de materiales costosos, especialmente platino y rutenio , y el electrolito líquido presenta un serio desafío para hacer una celda adecuada para usar en cualquier clima. Aunque su eficiencia de conversión es menor que la de las mejores celdas de película delgada , en teoría su relación precio/rendimiento debería ser lo suficientemente buena como para permitirles competir con la generación eléctrica de combustibles fósiles .logrando la paridad de la red . Las aplicaciones comerciales, que se retrasaron debido a problemas de estabilidad química, [6] habían sido pronosticadas en la hoja de ruta fotovoltaica de la Unión Europea para contribuir significativamente a la generación de electricidad renovable para 2020.
En un semiconductor de estado sólido tradicional , una celda solar está hecha de dos cristales dopados, uno dopado con impurezas de tipo n (semiconductor de tipo n ), que agrega electrones de banda de conducción libres adicionales , y el otro dopado con impurezas de tipo p ( semiconductor de tipo p ), que agregan agujeros de electrones adicionales . Cuando se ponen en contacto, algunos de los electrones en la porción de tipo n fluyen hacia el tipo p para "llenar" los electrones que faltan, también conocidos como huecos de electrones. Eventualmente fluirán suficientes electrones a través del límite para igualar los niveles de Fermi de los dos materiales. El resultado es una región en la interfaz, la unión p-n, donde los portadores de carga se agotan y/o acumulan a cada lado de la interfaz. En el silicio, esta transferencia de electrones produce una barrera potencial de alrededor de 0,6 a 0,7 eV. [7]
Cuando se colocan al sol, los fotones de la luz solar pueden excitar electrones en el lado de tipo p del semiconductor, un proceso conocido como fotoexcitación . En el silicio, la luz solar puede proporcionar suficiente energía para empujar un electrón fuera de la banda de valencia de menor energía hacia la banda de conducción de mayor energía . Como su nombre lo indica, los electrones en la banda de conducción pueden moverse libremente por el silicio. Cuando se coloca una carga a través de la celda como un todo, estos electrones fluirán desde el lado de tipo p hacia el lado de tipo n, perderán energía mientras se mueven a través del circuito externo y luego fluirán de regreso al material de tipo p donde pueden volver a combinarse una vez más con el agujero de la banda de valencia que dejaron atrás. De esta manera, la luz del sol crea una corriente eléctrica.[7]
