Al modificar la superficie del electrodo de óxido con sales iónicas fundidas, se puede evitar la formación de grumos de moléculas de tinte sin afectar significativamente su cobertura. Esta simple modificación mejora en gran medida el rendimiento de conversión de energía de las células solares sensibilizadas con tinte, según encuentran investigadores de NITech, Japón, en un nuevo estudio. Crédito:Tomohiko Inomata de NITech, Japón
Las células solares se están convirtiendo rápidamente en una de las principales formas de producir electricidad limpia en muchos países del mundo. Durante las últimas décadas, se ha dedicado una enorme cantidad de esfuerzo a hacer que la energía solar sea más prominente. Sin embargo, la tecnología se enfrenta actualmente a varios desafíos que limitan su aplicación generalizada.
En el caso de las células solares sensibilizadas por colorantes (DSSC), una tecnología fotovoltaica muy prometedora, uno de los principales problemas es la agregación de colorantes. Por diseño, los DSSC son sistemas electroquímicos que imitan la fotosíntesis en las plantas; se basan en tintes fotosensibles especiales para convertir la luz solar en electricidad. Idealmente, el tinte debe aplicarse uniformemente sobre la superficie de un electrodo de óxido detrás de una capa transparente para que la energía de la luz solar absorbida pueda transferirse fácilmente a los electrones del tinte. Este proceso genera electrones libres que alimentan un circuito externo. Sin embargo, la mayoría de los tintes tienden a agregarse sobre la superficie del electrodo de una manera que dificulta el flujo deseado de cargas eléctricas y de luz. Esto afecta el rendimiento de los DSSC que ha resultado difícil de superar.
Afortunadamente, un equipo de científicos dirigido por el profesor asociado Tomohiko Inomata del Instituto de Tecnología de Nagoya, Japón, puede haber encontrado una solución a este problema. En su reciente estudio publicado en RSC Advances , demostraron que ciertos líquidos iónicos (sales fundidas que están en estado líquido a temperaturas relativamente bajas) pueden suprimir la agregación de colorantes en un grado impresionante. Otros miembros de este equipo de investigación incluyeron a la Sra. Ayaka Matsunaga y al Prof. Tomohiro Ozawa del Instituto de Tecnología de Nagoya, y al Prof. Hideki Masuda del Instituto de Tecnología de Aichi, Japón.
Pero, ¿cómo logran los líquidos iónicos esta proeza? Para arrojar luz sobre el mecanismo exacto en juego, los investigadores se centraron en dos líquidos iónicos con tamaños moleculares marcadamente diferentes y dos tipos de colorantes. Ambos líquidos iónicos tenían una estructura molecular similar que comprende un ancla que se une bien al electrodo (dióxido de titanio, TiO2 ), una cadena polimérica principal que une este ancla a un átomo de fósforo y tres cadenas poliméricas cortas adicionales que sobresalen del átomo de fósforo y se alejan de la cadena "vertical" principal.
Los investigadores sumergieron el TiO2 electrodos en soluciones con diferentes proporciones de tinte a líquido iónico y analizó cuidadosamente cómo se adherían a ellos las diferentes moléculas. Después de optimizar el procedimiento de síntesis, descubrieron que las DSSC fabricadas con líquido iónico con una estructura molecular más larga tenían un rendimiento notablemente mejor que sus contrapartes con electrodos de óxido no modificados. "La estructura molecular espacialmente voluminosa de los líquidos iónicos actúa como un eficaz agente antiagregación sin afectar significativamente la cantidad de colorante adsorbido en el electrodo", explica el Dr. Inomata. "Lo que es más importante, la introducción del líquido iónico más grande mejora todos los parámetros fotovoltaicos de los DSSC".
No hace falta decir que mejorar la tecnología de las células solares podría darnos una ventaja en la lucha contra la actual crisis energética y climática. Aunque los líquidos iónicos suelen ser caros, la forma en que los utiliza el equipo es, de hecho, rentable. "En pocas palabras, la idea es aplicar líquidos iónicos solo en la parte requerida del dispositivo, en este caso, la superficie del electrodo", afirma el Dr. Inomata.
El equipo cree que el uso generalizado de electrodos modificados con líquidos iónicos podría allanar el camino para materiales altamente funcionales pero asequibles para células solares y sistemas catalíticos. Dado que la estructura de los líquidos iónicos se puede ajustar durante su síntesis, ofrecen una versatilidad muy necesaria como agentes antiagregantes. Los químicos sugieren usar líquidos iónicos poliméricos en supercondensadores
