Piura solar.10.11.14

SINTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE NANOPARTÍCULAS DE ÓXIDO DE NIQUEL Y SU INFLUENCIA COMO

MODIFICADOR EN CELDAS SOLARES SENSIBILIZADAS DE ÓXIDO DE TITANIO

E. Segovia, M. Galicia, M. Gómez, J. L. Solis

PIURA-PERÚ

2014

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE CIENCIAS

XXI Simposio Peruano de Energía Solar y del

Ambiente

• RESUMEN• OBJETIVOS• INTRODUCCIÓN• PARTE EXPERIMENTAL• ANÁLISIS Y CARACTERIZACIÓN• CONCLUSIONES• BIBLIOGRAFIA

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3

• RESUMENOBJETIVOSINTRODUCCIONPARTE EXPERIMENTAL

ANALISIS Y CARACTERIZACIONCONCLUSIONESBIBLIOGRAFIA

En el presente trabajo se estudia la influencia de las nanopartículas de óxidode níquel (NiO) en celdas solares sensibilizadas basadas en óxido de titanio(TiO2) en el FTO-vidrio (dopado con fluorina de óxido de estaño, SnO2:F) . Lasnanopartículas de NiO fueron sintetizadas por precipitación asistida conultrasonido empleando como elemento precursor al Cloruro de Níquel. Lamodificación del TiO2, empleado para depositar el electrodo de trabajo, serealizó por dos vías: por Rociado Pirolítico y Mezcla Homogéneas. El armadode las celdas se obtuvo luego de sensibilizar el electrodo de trabajo con elfotosensibilizador N719 y con una irradiancia de 1000 W/m2. Las medidas deeficiencia solar reportan que para las celdas obtenidas con TiO2 modificadopor rociado pirolítico se consiguen 2,79%, mientras que para las celdasobtenidas con TiO2 modificado como mezcla homogénea se obtiene 3,73%.Valores que contrastan con el obtenido para un electrodo de trabajo de soloTiO2 que presenta un valor de eficiencia como celda solar de 1,48%.

• RESUMEN• OBJETIVOS• INTRODUCCIÓN• PARTE EXPERIMENTAL• ANALISIS Y CARACTERIZACIÓN• CONCLUSIONES• BIBLIOGRAFIA

4

5

• Sintetizar y determinar las propiedades fisicoquímicas delpolvo nanoporoso de óxido de níquel, para explorar suaplicación como contraelectrodo en celdas solaressensibilizadas tipo p.

• Obtener los parámetros adecuados para la adherencia delpolvo de óxido de níquel sobre el sustrato de vidrio.

• Fabricación y medición de las celdas solares con el polvonanoporoso de óxido de níquel sintetizado por dosmétodos.

RESUMEN• OBJETIVOSINTRODUCCIONPARTE EXPERIMENTAL



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APLICACIONES DE LAS CELDAS SOLARES

RESUMENOBJETIVOS• INTRODUCCION -- AplicacionesPARTE EXPERIMENTAL


APLICACIONES DE CELDAS SOLARES

8Fuente: Atlas de energía solar del Perú, Senamhi

RESUMENOBJETIVOS• INTRODUCCION -- ContextoPARTE EXPERIMENTAL


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CELDA SOLARESTIPO N

FUENTE: Hagfeldt y Graetzel, 1995


RESUMENOBJETIVOS• INTRODUCCION – Tipo de celdaPARTE EXPERIMENTAL


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CELDA SOLAR TIPO P

FUENTE: J. Phys. Chem. C 2011, 25109.


RESUMENOBJETIVOS• INTRODUCCION – Tipo de celdaPARTE EXPERIMENTAL


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RESUMENOBJETIVOS• INTRODUCCION – ColorantesPARTE EXPERIMENTAL


Se utilizó el compuesto cis-bis(isotiocianato)-bis(2,2’bipiridil - 4,4’dicarboxilato)rutenio(II) bistetrabutil amonio, también conocido como N719.

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DIAGRAMA DE ENERGIA


RESUMENOBJETIVOS• INTRODUCCION – Diagrama de E°PARTE EXPERIMENTAL


Diagrama de energía y operación de una celda DSSC (Gómez, M. 2001)

SONOQUIMICA

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RESUMENOBJETIVOS• INTRODUCCION – ConceptosPARTE EXPERIMENTAL


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La solución precursora es atomizada dentro de un reactor de pared caliente. Las gotasde aerosol son sometidas a evaporación, concentración del soluto dentro de la gota,secado, termólisis de las partículas precipitadas y, finalmente, sinterización paraformar partículas densas. Las partículas obtenidas se forman dentro de cada gota através del mecanismo de la precipitación.

MÉTODO DE ROCIADO PIROLITICO


RESUMENOBJETIVOS• INTRODUCCION – ConceptosPARTE EXPERIMENTAL



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RESUMENINTRODUCCIONPARTE EXPERIMENTAL

ANÁLISIS Y CARACTERIZACIÓNCONCLUSIONES

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RESUMENOBJETIVOSINTRODUCCION • PARTE EXPERIMENTAL


La síntesis se realizó por el método de precipitación asistida con ultrasonido.Proceso de Reacción (S. R. Nalage 2012):

Para mejorar la cristalinidad y remover la fase del hidróxido se sinteriza a 350°C por 30 minutos, formando el NiO.

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ANÁLISIS Y CARACTERIZACIÓNCONCLUSIONESAPLICACIONES DE LAS CELDAS

SOLARES



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Rociado Pirolítico

Mezcla Homogénea


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DRX


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SOLARES

RESUMENOBJETIVOSINTRODUCCION PARTE EXPERIMENTAL

• ANALISIS Y CARACTERIZACIONCONCLUSIONESBIBLIOGRAFIA

Los picos característicos del NiO en los ángulos 2θ de 37° y 42°, siendo los planos de reflexión 111 y 200 respect.

La muestra del NiO por Refin. de Rietveld presenta estructura cúbica con tamaño de dominios cristalinos entre 18 y 25 nm.


FTIR


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SOLARES



Para la muestra seca del hidróxido de níquel muestra dos bandas de vibración de 2850 y 2890cm-1 que corresponde al etanol presente en la síntesis. Para las nanopartículas de NiO. La amplia banda de absorción en la región de 600-700 cm-1 se asigna al modo de vibración stretching del Ni-O. En la banda de absorción centrada a 3440 cm-1 se atribuye a la banda de vibración stretching de O-H.


Caracterización por Microscopía Electrónica de Barrido

(MEB), de los conglomerados nanocristalinos de NiO


MEB

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SOLARES



Muestra del óxido de níquel presentandoconglomerados en forma laminar en tamaños entre 15 y 20nm.

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Montaje experimental para las medidas corriente-voltaje de las celdas solares nanoestructuradas.



SOLARES



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SOLARES



t 𝛈

(min) (%)

0 1.48

2 2.00

5 2.79

10 1.22

15 0.42

Característica de muestra de una celda solar basada en una pasta preparada a base de

nanopartículas de óxido de titanio comercial P25 y el rociado pirolítico de NiO

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SOLARES



Característica de muestra de una celda solar basada en una pasta preparada a base de

nanopartículas de óxido de titanio comercial P25 y el Goteo interno de NiO

DILUCIONES[Ni(OH)2]

Mol

n

(%)

0 0.1 2.09

1 0.05 2.51

2 0.025 3.73

3 0.0125 2.39


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• Se obtuvo el NiO por medio del método de precipitación asistida conultrasonido que caracterizado por DRX dio una fase cúbica y por SEM seobservó conglomerados en forma laminar de tamaños entre 15 y 20 nm.

• Con relación a las celdas elaboradas con el TiO2 modificado con NiO seobservó que, para el método por rociado pirolítico expuesta a 5 min seobtuvo la eficiencia de 2.79% lo que representa un porcentaje de 1.31%mayor que el caso de celdas fabricadas solo con electrodos de TiO2.

• Para el método por mezcla homogénea con concentración de Ni(OH)2 de0.025M se obtuvo la eficiencia de 3.73% lo que representa un porcentaje de2.25% mayor que el caso de celdas fabricadas solo con electrodos de TiO2.

• Se concluye que el método por mezcla homogénea presento mayoreficiencia en comparación con el caso de las celdas fabricadas solo conelectrodos de TiO2 que presento un valor de eficiencia como celda solar de1,48%.


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SOLARES


ANALISIS Y CARACTERIZACION• CONCLUSIONESBIBLIOGRAFIA


Grätzel, O. R. B. y. (1991). "A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films." Nature 353: 737-740.

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Martineau, D. (2012). "Dye Solar Cells for real, The assembly guide for making your own solar cells." (SOLARONIX): 1-40.

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H. Wang, Y. L., H. Xu, X. Dong, H. Shen, Y. Wang, H. Yang (2009). "An investigation on the novel structure of dye-sensitized solarcell with integrated photoanode." Renewable Energy 34: 163–1638.

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J. Bandara, U. W. P., R.G.S.J. Bandara (2005). "The role of n–p junction electrodes in minimizing the charge recombination andenhancement of photocurrent and photovoltage in dye sensitized solar cells, Journal of Photochemistry and Photobiology." A:Chemistry 170: 273-278.

M. Ait Aouaj, R. D., A. Belayachi, F. Rueda, M. Abd-Lefdil (2009). "Comparative study of ITO and FTO thin films grown by spraypyrolysis." Materials Research Bulletin 44: 1458-1461

S. R. Nalage, M. A. C., Shashwati Sen, P. B. Joshi, V. B. Patil (2012). "Sol-gel synthesis of nickel oxide thin and theircharacterization. "Thin Solid Films 520: 4835-4840.

S. V. Ganachari, R. Bhat, R. Deshpande, Venkataraman A (2012). “Synthesis and characterization of nickel oxide nanoparticles byself-propagating low temperature combustion method.” Science and Technology 4, 50-53.


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SOLARES


ANALISIS Y CARACTERIZACIONCONCLUSIONES• BIBLIOGRAFIA

http://www.ren21.net/

XXI SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR Y DEL AMBIENTE 29

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo ha sido posible gracias a la financiación recibida de partedel Consejo Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación del Perú(CONCyTEC) por medio de la Cátedra en Energías Renovables yEficiencia Energética de la Facultad de Ciencias-UNI.

Los autores agradecen a la Dra. Gladys Ocharan por las imágenes deMEB.

Uno de nosotros ,Evelyn Segovia, agradece la beca recibida porCONCyTEC para realizar los estudios de maestría.

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