Resumen de la tesis que presenta Jahzeel Dalila Gómez Morales como requisito parcial para la obtención
del grado de Maestra en Ciencias en Nanociencias
Aprovechamiento de productos de valor obtenidos del desecho de uva para su aplicación en celdas solares tipo Grätzel
Resumen aprobado por:
|
Dr. José Manuel Romo Herrera
Codirector de tesis
|
Dra. Angélica Orona Navar
Codirectora de tesis
|
Resumen en español
En este trabajo, se llevó a cabo la extracción de pigmentos naturales a partir de los desechos de la industria vitivinícola, conocidos como bagazo de uva, para ser utilizados como sensibilizadores en las DSSC. Además, se emplearon nanopartículas de plata para mejorar la absorción de luz y así aumentar más su eficiencia. El extracto de bagazo de uva se obtuvo por el método de maceración, su análisis espectrofotométrico mostró absorbancias máximas en 538 nm y 662 nm, asociados a la presencia de antocianinas y clorofilas. El contenido de las antocianinas se estimó mediante dos métodos complementarios, aplicados al extracto obtenido del bagazo de uva; el primero, el método de diferencial de pH reveló una concentración total de 7.65 mg/L de antocianinas tipo cianidina-3-glucósido. El segundo, basado en una curva de calibración utilizando un concentrado de antocianinas de flor de Jamaica, permitió estimar una concentración de 6.62 mg/L de cianidina de un total de 22.08 mg/L de antocianinas. Las nanopartículas de plata se sintetizaron por el método de reducción química, obteniendo un tamaño promedio de 32 nm ± 5. 8 nm y una banda de absorción en 420 nm. La pasta semiconductora para las DSSC se preparó con nanopartículas de TiO2, incorporando distintas concentraciones de AgNPs (0.01%, 0.02% y 0.03% p/p de AgNPs). Las DSSC se ensamblaron en una arquitectura sándwich y las características fotovoltaicas de los dispositivos se midieron en un simulador solar en condiciones de iluminación estándar (AM1.5 a 100 mW/cm2). La celda con 0.01% p/p de AgNPs y sensibilizada a una concentración de ∼30 mg/L de extracto de bagazo de uva, presentó valores de voltaje de circuito abierto (VOC) de 0.45 V, densidad de corriente de cortocircuito (JSC) de 0.0330 mA/cm2, factor de llenado (FF) de 40.84% y eficiencia de conversión (𝜂) de 0.0062%. Los resultados demuestran que el extracto de bagazo de uva representa una alternativa viable como sensibilizador en las DSSC, otorgando valor añadido a los subproductos agroindustriales. Asimismo, las AgNPs mejoran la absorción de luz del colorante debido a la resonancia de plasmón de superficie localizada (LSPR), que resulta en un mejor rendimiento fotovoltaico.
Palabras clave: Celdas solares sensibilizadas por colorante (DSSC), Bagazo de uva, Antocianinas, Dióxido de titanio (TiO¿), Nanopartículas de plata (AgNPs).
Resumen en inglés
In this work, natural pigments were carried out the extracted as of wine industry waste, known as grape bagasse, for use as sensitizers in DSSC. In addition, silver nanoparticles were used to enhance light absorption and thus further increase their efficiency. The grape bagasse extract was obtained by the maceration method and its spectrophotometric analysis showed maximum absorbances at 538 nm and 662 nm, associated with the presence of anthocyanins and chlorophylls. The anthocyanin content was estimated using two complementary methods, applied to the extract obtained from grape bagasse; the first, using the pH differential revealed a total concentration of 7.65 mg/L of cyanidin-3-glucoside. The second, based on a calibration curve using an anthocyanin concentrate from the hibiscus flower, allowed to estimate a concentration of 6.62 mg/L of cyanidin out of a total of 22.08 mg/L of anthocyanins. The silver nanoparticles were synthesized by the chemical reduction method, with an average nanoparticle size of 32 nm ± 5.8 nm and an absorption band at 420 nm. The semiconductor paste for the DSSC was prepared with TiO2 nanoparticles, incorporating different concentrations of AgNPs (0.01%, 0.02% and 0.03% w/w of AgNPs). The DSSC were assembled in a sandwich architecture, and the photovoltaic characteristics of the devices were measured in a solar simulator under standard illumination conditions (AM1.5 at 100 mW/cm2). The cell with 0.01 % w/w AgNPs and sensitized to a concentration of ∼30 mg/L of grape bagasse extract, presented values of open circuit voltage (VOC) of 0.45 V, short circuit current density (JSC) of 0.0330 mA/cm2, fill factor (FF) of 40.84 % and conversion efficiency (𝜂) of 0.0062%. The results demonstrate that the extract from grape bagasse represents a viable alternative as a sensitizer in DSSC, providing high added value to agro-industrial by-products. In the same way the AgNPs improve the light absorption of the dye due to the localized surface plasmon resonance (LSPR), resulting in better photovoltaic performance.
Palabras clave: Dye sensitized solar cells (DSSC), Grape bagasse, Anthocyanins, Titanium dioxide (TiO¿), Silver nanoparticles (AgNPs).