PROPUESTA DE PROYECTO DE FIN DE CARRERA
Juan Antonio Anta, Ana Paula
Zaderenko
Título:
“Extracción
y purificación cromatográfica de colorantes vegetales para la elaboración de
células solares fotoelectroquímicas: análisis de efecto fotosensibilizador y ensayos
con células mixtas”
Resumen:
El proyecto tratará de la construcción de células
solares fotoelectroquímicas de dióxido de titanio a partir de colorantes
extraídos de plantas del campus de la universidad. Los colorantes se
purificarán mediante técnicas cromatográficas. Durante el proyecto se estudiará
el rendimiento y la estabilidad de las células preparadas a partir de estos
colorantes, tanto puros como constituyendo mezclas.
Descripción
El
trabajo a realizar está relacionado con la búsqueda de fuentes de energía
alternativas, como es en este caso la energía solar de origen fotovoltaico. Más
en concreto el proyecto tiene que ver a su vez con “alternativas a la
alternativa”. Las células solares comerciales que todos conocemos (relojes,
calculadoras, paneles en los tejados de viviendas, naves espaciales, etc...)
están basadas en el uso del silicio como material fotoconversor. Aunque este
tipo de células llegan a alcanzar rendimientos espectaculares (incluso del 20%,
lo cual quiere decir que una quinta parte de la energía que llega en forma de
luz se transforma en energía eléctrica) el problema que plantean es su precio,
debido principalmente a la dificultad de obtener silicio con las
características requeridas (el silicio no es un elemento que se encuentre en
estado nativo en la naturaleza, por lo que es necesario energía para su
obtención. Además una célula solar que sea eficiente requiere silicio
monocristalino o policristalino, el cual es siempre complicado de preparar.
Alternativas como el silicio amorfo proporcionan una alternativa más barata
pero su 
rendimiento baja bastante frente a los materiales cristalinos). Es por
este motivo por lo que siempre ha existido una investigación muy activa en el
terreno de la energía solar orientada a la búsqueda de otro tipo de materiales
que también sean capaces de producir energía eléctrica a partir de energía
solar. Una de estas alternativas son las llamadas “células solares
sensibilizadas con colorante” (Dye Sensitised solar cells, o DSSC’s en
inglés) también conocidas como células solares fotoelectroquímicas por
ser la base de su funcionamiento una reacción química iniciada por la luz [M.
Graetzel, Nature¸ 414, 338
(2001)].
Estos dispositivos, descubiertos a principios de
los 90 (B. O’Regan y M. Graetzel, Nature¸ 353, 737 (1991)] han sido desde su principio
centro de atención de muchos investigadores e ingenieros por ser el material
principal en su elaboración un óxido metálico, principalmente el dióxido de
titanio, cuyo precio y dificultad de preparación es muy inferior a la del
silicio. La gran idea de los investigadores que propusieron esta alternativa
fue utilizar un colorante para “sensibilizar” el óxido, esto es, una substancia
que absorba en la zona visible del espectro (donde se encuentra el máximo de intensidad
del espectro solar) y que inyecte electrones en el óxido, generando con ello
una corriente eléctrica. Mediante la utilización de colorantes “de diseño” se
han llegado a obtener rendimientos de hasta el 11%. Sin embargo, el
funcionamiento de este tipo de células permite el uso en principio de cualquier
colorante (que cumpla una serie de requerimientos) y en este sentido, una
alternativa interesante es la utilización de colorantes vegetales. Es esta
línea la que se pretende explorar en el marco de este proyecto de fin de
carrera. 
Plan de trabajo
Se propone un trabajo a desarrollar en las
siguientes fases (entendidas en un orden cronológico):
- Aprender a fabricar las células, esto es, preparación de la pasta
de dióxido de titanio y deposición sobre los electrodos de vidrio
conductor. Sinterización en el horno. Adsorción del colorante sobre la
película de óxido (esto es, “teñir” los electrodos). Aplicación del
electrolito y montaje de la célula. En esta
primera fase se utilizará el extracto
vegetal sin purificar. - Aprender a caracterizar las células, esto es, medir la
fotocorriente y el fotovoltaje. Ello se realizará tanto en condiciones “de
laboratorio” por iluminación con una lámpara de xenon con filtro de
infrarrojo y de ultravioleta (lo cual proporciona una luz similar a la del
sol a nivel del mar, tanto en intensidad como en distribución espectral)
como en iluminación directa bajo la luz del sol. Obtención del
voltaje de circuito abierto como de la corriente de cortocircuito mediante
un multímetro. A esta fase sería conveniente llegar
antes de Navidad. - Utilizar técnicas de cromatografía en columna para purificar el
colorante. Búsqueda del relleno y el disolvente o mezclas de disolventes
más adecuados para la obtención del colorante purificado. Preparar células
con el colorante purificado. Analizar la adsorción sobre el TiO2.
Finales de Marzo.
- Empleo de “mezclas” de colorantes siguiendo exactamente el mismo
procedimiento de los puntos anteriores. Analizar la eficacia de estas
células mixtas frente a las que emplean un único colorante. Finales
de Abril.
- Empleo de disolución de electrolito con presencia de colorante
purificado. Comprobación de la eficacia y estabilidad de la célula. Finales
de Mayo.
- Escritura y entrega de un borrador de proyecto. A lo
largo del mes de Mayo aunque se sigan obteniendo resultados en el
laboratorio.