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Líneas de investigación

1. Células solares nanocristalinas de colorante (DSC)(células Grätzel)

CÉLULAS SOLARES NANOCRISTALINAS

SISTEMAS COLOIDALES CARGADOS

Las células solares nanocristalinas o nanoestructuradas de colorante, también conocidas como “Células Grätzel” o células DSC (“Dye Solar Cell”), se construyen a partir de suspensiones coloidales de un óxido de amplio salto de banda (TiO₂, ZnO) que actúa como conductor electrónico, un colorante orgánico u órgano-metálico que hace las veces de captador de la luz solar, y un electrolito que contiene un par redox (I₃^-/I^-) y que permite el transporte de huecos. Debido a la sencillez de fabricación y a los materiales de bajo coste que emplea, estos dispositivos fotovoltaicos se han convertido desde su aparición en la década de los 90 en una alternativa prometedora frente a las células solares fotovoltaicas convencionales.

Trabajo del grupo en células DSC:

(1) Teoría, simulación y modelización de dispositivos DSC y análogos

Esquema de simulaciones de marcha aleatoria (CTRW, “Continuous Time Random Walk”) aplicadazas al estudio del transporte electrónico a través de la matriz nanocristalina.

· Continuous time random walk simulation of short-range electron transport in TiO₂ layers compared with transient surface photovoltage measurements. I. Mora-Seró, J. A. Anta, G. García-Belmonte, T. Dittrich y J. Bisquert , Journal of Photochemistry and Photobiology A. 2006, 182, 280

· Charge transport model for disordered materials: application to sensitised TiO_2,J. A. Anta, J. Nelson y N. Quirke, Phys. Rev. B. 2002, 65, 125324

· Models of Electron Trapping and Transport in Polyethylene: Current-Voltage characteristics. J. A. Anta, G. Marcelli, M. Meunier y N. Quirke, J. Appl. Phys. 2002, 92, 1002

Ilustración de la aplicación de un modelo macroscópico de transporte electrónico en el que se resuelve la ecuación de continuidad para un coeficiente de difusión dependiente de la densidad y condiciones reales de funcionamiento de la célula solar.

Aquí podemos ver el resultado del ajuste y los parámetros de ajuste para una célula de TiO₂ sensibilizado con clorofila

A Numerical Model for Charge Transport and Recombination in Dye-Sensitised Solar Cells. J. A. Anta, F. Casanueva and G. Oskam. J. Phys. Chem. B. 2006, 110, 5372

(2) Estudios experimentales de células DSC

En el grupo disponemos de un banco de un sistema de caracterización de células solares fotovoltaicas equipado con un lámpara de Xe de 450 W, monocromador, potenciostato, etc..

Técnicas experimentales

1. Curvas IV

2. Eficiencia espectral (IPCE)

3. Transitorios de potencial (OCVD)

Intereses de investigación

Otros materiales semiconductores

Otros colorantes

Otros electrolitos

ZnO

Colorantes orgánicos, colorantes naturales.

Líquidos iónicos “próticos”

Para más información:

DSC Online Resource

anthocyanine

chlorophyll

Ejemplo: Curvas de eficiencia espectral para distintos colorantes extraídos de plantas

Ejemplo: Transitorios de potencial para distintas composiciones de electrolito

2. Sistemas coloidales cargados

Los sistemas coloidales cargados plantean un interesante problema desde el punto de vista de la Mecánica Estadística clásica, dado que se tratan de una mezcla muy asimétrica en el que están involucrados dos escalas muy distintas de longitud y de tiempo, además de fuerzas de muy largo alcance como son las fuerzas de Coulomb

POTENCIAL DVLO

TEORIA RHNC

MONOCOMPONENTE

Predicción de la coagulación en el

mínimo secundario (reversible)

· Integral equation prediction of reversible coagulation in charged colloidal suspensions, V. Morales, J. A. Anta y S. Lago, Langmuir, 2003, 19, 475

· Secondary minimum coagulation from Statistical mechanics methods, M. Cortada, J. A. Anta y J.A. Molina-Bolívar, J. Phys. Chem. B. 2007, 111, 1110

(A)

(B)

Mezcla asimétrica: coloides + iones

TEORIA RHNC

MULTICOMPONENTE

TEORIA CGHNC

POTENCIALES EFECTIVOS

· Partially converged integral equations for charged colloidal suspensions with added salt , J. A. Anta, J. Phys: Condens. Matt , 2005, 17, 7935

· Integral Equation Studies of charged colloids: non-solution boundaries and bridge functions, J. A. Anta, F. Bresme and S. Lago. J. Phys: Condens. Matt , 2003, 15, S3491

· Self-consistent effective interactions in charged colloidal suspensions, J. A. Anta and S. Lago, J. Chem. Phys. 2002, 116, 10514