18.11.2021 - Universität Basel

Células solares sensibilizadas por colorante: Un futuro blindado

El santo grial de la investigación fotovoltaica es el desarrollo de sensibilizadores con hierro

La energía solar desempeña un papel importante en la lucha contra el cambio climático como sustituto de los combustibles fósiles. Las células solares sensibilizadas por colorantes prometen ser un complemento de bajo coste a los sistemas fotovoltaicos que conocemos hoy en día. Su característica principal son los sensibilizadores de colorantes adheridos a su superficie. Los investigadores de la Universidad de Basilea siguen mejorando el rendimiento con sensibilizadores que utilizan hierro, un metal comúnmente disponible y respetuoso con el medio ambiente.

Los sensibilizadores son compuestos intensamente coloreados que absorben la luz y convierten su energía en electricidad liberando electrones e "inyectándolos" en el semiconductor. Hasta ahora, los sensibilizadores utilizados en las células solares sensibilizadas por colorantes han sido relativamente poco duraderos o han exigido el uso de metales muy raros y caros. El santo grial de la investigación fotovoltaica es, por tanto, el desarrollo de sensibilizadores que utilicen hierro, un metal que es a la vez respetuoso con el medio ambiente y el metal de transición más abundante en nuestro planeta.

Durante muchos años, los expertos consideraron que los compuestos de hierro no eran adecuados para estas aplicaciones porque su estado de excitación tras la absorción de la luz es demasiado breve para ser útil en la producción de energía. Esto cambió hace unos siete años con el descubrimiento de una nueva clase de compuestos de hierro con lo que se conoce como N-carbenos heterocíclicos (NHC).

El grupo de investigación dirigido por el profesor Edwin Constable y la profesora Catherine Housecroft del Departamento de Química de la Universidad de Basilea lleva varios años trabajando con estos compuestos. El equipo dirigido por la Dra. Mariia Becker, jefa del proyecto, informa ahora de sus resultados con un sensibilizador basado en una nueva familia de NHC en la revista especializada Dalton Transactions.

Un poco de vinagre y grasa

"Sabíamos que teníamos que desarrollar materiales que se adhirieran a la superficie de un semiconductor y cuyo carácter permitiera al mismo tiempo optimizar la disposición de los componentes funcionales que absorben la luz en la superficie", explica Becker.

Los investigadores utilizaron un doble enfoque para afrontar estos retos: en primer lugar, incorporaron grupos de ácido carboxílico (como los que se encuentran en el vinagre) al compuesto de hierro para que se adhiriera a la superficie del semiconductor. En segundo lugar, hicieron los compuestos "grasos" añadiendo largas cadenas de carbono que hacían la capa superficial más fluida y más fácil de anclar.

Estos prototipos de células solares sensibilizadas por colorante sólo alcanzaron una eficiencia global del 1 por ciento, mientras que las actuales células solares disponibles en el mercado alcanzan alrededor del 20 por ciento de eficiencia. "No obstante, los resultados representan un hito que animará a seguir investigando en estos nuevos materiales", afirma Becker con convicción.

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