SENSIBILIZACIÓN DE TiO2 CON COMPLEJOS DE Ru(II) UTILIZANDO 4-METIL-2,2´-BIPIRIDINA-4´-CARBONITRILO COMO LIGANDO DE ANCLAJE PARA EL DESARROLLO DE CELDAS SOLARES
Resumen
Introducción: Desde su aparición en 1991,1 se han desarrollado numerosas celdas solares sensibilizadas por colorantes (DSSCs) basadas en complejos de metales de transición anclados a superficies semiconductoras como componentes de dispositivos fotovoltaicos para la captación y conversión de energía solar. El objetivo de este trabajo es evaluar y caracterizar la fotosensibilización de TiO2 por complejos de Ru(II) de fórmulas [Ru(4,4´-X2-bpy)2L](PF6)2 y [Ru(4,4´-X2-bpy)L2](PF6)2, con bpy = 2,2’-bipiridina, X = -CH3; -OCH3; -N(CH3)2 y L = Mebpy-CN (= 4-metil-2,2´-bipiridina-4´-carbonitrilo).2,3
Resultados: Se construyeron DSSCs con algunos de estos complejos, utilizando FTO-TiO2 como semiconductor, I2/I3- como electrolito y Pt como contraelectrodo. La preparación de los vidrios se realizó recurriendo a la técnica del Dr. Blade con una temperatura de sinterizado final de 450 °C. Se observaron por espectroscopía Raman desplazamientos a mayores números de onda (del orden de 100 cm-1) de las frecuencias de estiramiento n (CºN) de los vidrios respecto a los complejos sólidos, indicando el anclaje a las superficies mediante el grupo nitrilo del Mebpy-CN. Por espectroscopía UV-Vis, se precisaron las diferencias de energía entre los orbitales frontera (HOMOs y LUMOs) de los complejos sobre TiO2. Las curvas J-V y las eficiencias de conversión fotovoltaica de las celdas fueron determinadas con un simulador solar, obteniéndose valores comparables a los encontrados para algunos de estos complejos sobre nanohilos de ZnO,2 aunque se detectó un aumento de la eficiencia de un orden de magnitud en TiO2 (respecto al ZnO) para X = -N(CH3)2. Se verificó también que la eficiencia aumentó en el orden: -CH3 < -OCH3 < -N(CH3)2, en consistencia con el aumento de la absortividad en el rojo para esta serie; incrementándose además al duplicar el número de ligandos de anclaje.
Conclusiones: Se estudió el uso de dos series de complejos de Ru(II) anclados mediante Mebpy-CN sobre TiO2 como sensibilizadores para DSSCs, encontrándose que el mayor valor de eficiencia de conversión fotovoltaica fue el correspondiente al complejo [Ru(4,4´-(N(CH3)2)2-bpy)(Mebpy-CN)2](PF6)2.
Referencias
- O'Regan, B.; Grätzel, M. Nature, 1991, 353, 737–740
- Salomón, F. F.; Vega, N. C.; Parella, T.; Morán Vieyra, F. E.; Borsarelli, C. D.; Longo, C.; Cattaneo, M.; Katz, N. E. ACS Omega, 2020, 5(14), 8097–8107.
- Salomón, F. F.; Vega, N. C.; Piers Jurado, J.; Morán Vieyra, F. E.; Tirado, M.; Comedi, D.; Campoy-Quiles, M.; Cattaneo, M.; Katz, N. E. Chem., 2021, 60(8), 5560-5672.
