Nano-árboles de nanohilos ZnO impulsan eficiencia de celdas solares sensibilizadas por colorante

Investigadores del Applied Nano Tech & Science Lab en Korea Advanced Institute of Science and Technology y el Laser Thermal Lab en UC Berkeley han desarrollado una arquitectura nano-árbol que mejora significativamente el desempeño de celdas solares sensibilizadas por colorante (DSSC).

Celdas solares sensibilizadas por colorante

Desde finales de la década de 1960, científicos descubrieron que colorantes orgánicos pueden convertir luz en electricidad cuando se acoplan con electrodos de óxido. Este principio se demostró primero en 1972 con clorofila extraída de espinaca, sentando la base para DSSC —dispositivos de película delgada que combinan un ánodo fotosensibilizado con un electrolito.

En una DSSC, las moléculas de colorante son típicamente de tamaño nanométrico, sin embargo se requiere una capa de colorante lo suficientemente gruesa para capturar suficiente luz. Andamios nanoestructurados proporcionan alta área superficial para carga de colorante sin comprometer la huella del dispositivo.

Ventajas clave

Las DSSC pueden fabricarse mediante impresión en rollo, son semi-flexibles y semi-transparentes, y dependen de materiales económicos. Aunque sus eficiencias de conversión (≈ 11 %) son menores que celdas de silicio convencionales (> 15 %), su relación costo-rendimiento favorable las hace competitivas con generación fósil.

Síntesis hidrotermal de nano-árboles

Inspirados en la ramificación natural de árboles, el equipo empleó un método hidrotermal seguido de remoción de polímero y deposición de semillas para crecer nanohilos de óxido de zinc (ZnO) que se asemejan a árboles miniatura con extensas ramas.

Ganancias de desempeño

Dispositivos construidos con estos nanohilos ZnO ramificados exhiben densidad de corriente de cortocircuito y eficiencia general de conversión luz-electricidad casi cuatro veces mayor que aquellos usando nanohilos ZnO alineados verticalmente. La mejora proviene del área superficial aumentada para carga de colorante y cosecha de luz mejorada, así como recombinación de carga reducida gracias a conducción directa a lo largo de ramas cristalinas.

Más allá de celdas solares, la arquitectura jerárquica nano-árbol promete para almacenamiento de energía de alta capacidad y dispositivos de consumo energético eficientes.