DINÁMICA CUÁNTICA DEL MECANISMO DE FOTOINYECCIÓN EN CELDAS SOLARES SENSIBILIZADAS POR COLORANTES

MA. BELÉN OVIEDO; C. G. SANCHEZ

Rosario

Congreso; XVIII CONGRESO ARGENTINO DE FÍSICOQUÍMICA Y QUÍMICA INORGÁNICA; 2013

Asociqción Argentina de Investigación Fisicoquímica

Introducción: Actualmente el empleo de energías renovables ha cobrado gran importancia debido al agotamiento de los combustibles fósiles y al daño ambiental producido por el consumo de estos últimos. La conversión directa de la energía solar se destaca ya que esta fuente es considerada ilimitada. Aunque, esta conversión de energía es más cara que la derivada de combustibles fósiles, una versión menos costosa son las celdas solares sensibilizadas por colorantes (DSSC) [1]. Los cálculos teóricos son una poderosa herramienta, ya que las conclusiones extraídas de los cálculos son valiosas para el diseño de celdas solares más eficientes. En la actualidad se han reportado numerosos trabajos basados en DFT, que simulan las características principales de los espectros de absorción cuando un colorante se adsorbe a diferentes semiconductores. Sin embargo, debido al alto costo computacional que presenta la aplicación convencional de TD-DFT [2], los estudios están limitados al tamaño del sistema y se hace difícil la evaluación temporal completa del proceso. Objetivos: Este trabajo presenta un nuevo método capaz de captar las diferencias entre los mecanismos de fotoinyección de una manera totalmente atomística. Este método se basa en simulaciones de dinámica electrónica utilizando el Hamiltoniano de DFTB [3]. Resultados: El sistema mas grande estudiado consta de 320 átomos, esto es, una nanopartícula con 90 unidades de TiO2 funcionalizada con diferentes colorantes, tal como Ti-ftalocianina. En este trabajo mostramos que la velocidad de inyección de electrones para el mecanismo directo presenta una dependencia lineal con el cuadrado de la intensidad del campo aplicado y puede ser visto como una característica del proceso de inyección directo. Por otro lado, cuando el colorante es la Ti-ftalocianina, la velocidad de inyección que presenta el mecanismo tiene una dependencia lineal con el cubo de la intensidad del campo. Encontramos, que el mecanismo de fotoabsorción puede ser entendido en términos de la dinámica de las poblaciones de los orbitales involucrados en este proceso. Presentamos que la delocalización de la excitación electrónica sobre un conjunto grande de orbitales moleculares es una característica del proceso de inyección directo. Conclusión: Los cálculos de dinámica cuántica basados en el formalismo de DFTB permite obtener una imagen temporal completa del fenómeno de inyección de electrones a partir de la perturbación del sistema con una onda electromagnética. Esta comprensión cabal del proceso brinda una herramienta para el diseño de DSSC, ya que permite predecir si el proceso de inyección es directo o indirecto. Referencias bibliográficas 1. O?Regan, B.; Graẗ zel, M. Nature 1991, 353, 737−740. 2. Sań chez-de Armas, R.; Oviedo, J.; San Miguel, M. A.; Sanz, J. F.J. Phys. Chem. C 2011, 115, 11293−11301. 3. Elstner, M.; Porezag, D.; Jungnickel, G.; Elsner, J.; Haugk, M.; Frauenheim, T.; Suhai, S.; Seifert, G. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1998, 58, 7260−7268.