Una célula solar sensibilizada con colorante ( DSSC , DSC , DYSC [1] o célula de Grätzel ) es una célula solar de bajo coste que pertenece al grupo de las células solares de película fina . [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 tinte, 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 simple de fabricar utilizando técnicas convencionales de impresión en rollo, es semiflexible y semitransparente, lo que ofrece una variedad de usos no 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, en particular el platino y el rutenio , y el electrolito líquido presenta un serio desafío para hacer una celda adecuada para su uso 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 . En la hoja de ruta fotovoltaica de la Unión Europea se preveía que las aplicaciones comerciales, que se retrasaron debido a problemas de estabilidad química, [6] contribuirían 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 agregan electrones de banda de conducción libre adicionales , y el otro dopado con impurezas de tipo p ( semiconductor de tipo p ), que añaden huecos 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 faltantes, 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 en cada lado de la interfaz. En el silicio, esta transferencia de electrones produce una barrera de potencial de aproximadamente 0,6 a 0,7 eV. [7]
Cuando se colocan al sol, los fotones de la luz solar pueden excitar electrones en el lado 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 en su conjunto, 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 forma, la luz solar crea una corriente eléctrica.[7]