ES2554770T3 - Célula solar sensibilizada por colorante con cristal fotónico unidimensional - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para fabricar una célula solar sensibilizada por colorante caracterizado por que presenta las etapas siguientes: a) depositar una capa de un compuesto semiconductor nanocristalino sobre un sustrato conductor transparente; b) preparar unas suspensiones de nanopartículas en unos medios líquidos; c) utilizar las suspensiones para depositar una multicapa porosa que presenta unas propiedades de cristal fotónico sobre la capa semiconductora, formar una estructura de capas de nanopartículas alternas de grosor controlado, de manera que se logra una modulación espacial periódica o casi periódica de un índice de refracción a través de la multicapa; d) calentar la estructura hasta una temperatura entre 100ºC y 550ºC; e) sensibilizar la estructura con un colorante sumergiendo la estructura en una disolución del colorante; f) preparar un contraelectrodo; g) sellar el electrodo y el contraelectrodo, formando así una célula, e infiltrar el espacio entre los mismos con un electrolito conductor que puede ser líquido o sólido.

Description

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DESCRIPCION
Celula solar sensibilizada por colorante con cristal fotonico unidimensional.
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a una celula solar sensibilizada por colorante que presenta un electrodo de absorcion de luz acoplado a un cristal fotonico poroso o reflector de Bragg multicapa. El elemento de reflexion poroso se utiliza para potenciar la eficacia de conversion de energfa del dispositivo de celula solar aumentando selectivamente la absorcion optica en el electrodo.
Antecedentes de la invencion
La investigacion sobre diferentes dispositivos de conversion de energfa solar en electrica compuestos por materiales alternativos al silicio ha sido reforzada en los ultimos anos por varios motivos tales como la busqueda de procedimientos de coste inferior o caracterfsticas de valor anadido, tales como transparencia. Entre ellos, uno de los dispositivos que han mostrado mayor eficacia son las celulas solares sensibilizadas por colorante (DSSC), tambien conocidas como celulas de Gratzel, documento US5084365. Las DSSC combinan a semiconductor solido de banda prohibida ancha con un conductor ionico lfquido. El primero consiste habitualmente en un electrodo compuesto por una capa de unos pocos micrometros de nanocristales de dioxido de titanio (nc-TiO2, tamano de cristal promedio de alrededor de 20 nm), sobre cuya superficie se adsorbe un colorante, normalmente un complejo de rutenio-polipiridilo. Esta pelfcula nanocristalina se deposita sobre un sustrato conductor, transparente, normalmente oxido de indio y estano (ITO) o SnO2 fluorado, y se empapa con un electrolito redox, que contiene normalmente pares ionicos I'/h". Este electrolito tambien esta en contacto con un contraelectrodo recubierto con catalizador de platino coloidal. El colorante recoge la luz solar produciendo electrones fotoexcitados que se inyectan en la banda de conduccion de la red de semiconductor nanocristalino, y luego en el sustrato conductor. Al mismo tiempo, el electrolito redox reduce el colorante oxidado y transporta la especie aceptora de electrones (I3") al contraelectrodo. Se ha notificado un valor de registro de eficacia de conversion de energfa del 11%, aunque las celulas de buena calidad proporcionan normalmente entre el 5% y el 8%.
Con el fin de mejorar la durabilidad de la celula, se han realizado diferentes intentos de sustituir el electrolito lfquido por conductores por huecos en estado solido, tales como polfmeros, o lfquidos ionicos. Aunque mejora la estabilidad, se logran niveles de eficacia inferiores.
Las eficacias actuales de los diferentes tipos de celulas de Gratzel son todavfa bajas en comparacion con dispositivos basados en silicio, que presentan una eficacia de conversion de energfa promedio del 15%, no hay ninguna duda de que presentan un gran potencial por diferentes motivos. En primer lugar, aunque la eficacia es inferior, existe la necesidad de materiales alternativos al silicio que puedan utilizarse para aplicaciones fotovoltaicas. Puede hacerse que las celulas de Gratzel sean transparentes, lo que implica que pueden utilizarse como recubrimientos sobre ventanas. Las celulas tambien presentan el potencial para hacer que sean flexibles, lo que simplificarfa su integracion en diferentes tipos de superficies. Finalmente, se fabrican habitualmente con materiales menos caros que el silicio, y hay una amplia variedad de compuestos (semiconductores, colorantes, electrolitos) que pueden utilizarse para construir las celulas.
Se han realizado muchas modificaciones diferentes de la celula propuesta originalmente con el fin de mejorar su rendimiento, la mayorfa de ellas basadas en la utilizacion de diferentes semiconductores, colorantes o conductor ionico, o en alteraciones de su nanoestructura. Sin embargo, en muchos casos un cambio de los constituyentes de la celula da lugar a una mejora de la corriente de la corriente de cortocircuito, pero provoca al mismo tiempo una disminucion del voltaje de circuito abierto o viceversa. Esto se debe a la extrema sensibilidad del transporte de cargas y la dinamica de recombinacion a cualquier alteracion de la naturaleza de las interfaces presentes en la celula.
Un modo de potenciar la eficacia de la celula sin afectar al delicado equilibrio cinetico entre recombinacion y separacion de cargas es modificar el diseno optico de la celula con el fin de mejorar su eficacia de recogida de luz (LHE) o absorbancia. Este enfoque se basa basicamente en un aumento de la trayectoria optica que resulta de la dispersion de la luz no absorbida por una capa de partfculas desordenadas de gran tamano (del orden de las longitudes de onda seleccionadas como objetivo) colocada detras del electrodo de absorcion. Desafortunadamente, algunos de los enfoques mas satisfactorios desarrollados para dispositivos fotovoltaicos de silicio para mejorar la LHE, que se basan en la implementacion de reflectores de Bragg distribuidos de alta reflexion, rejillas de superficie o una combinacion de ambos, no pueden realizarse facilmente para celulas de heterounion de lfquido-semiconductor debido a los siguientes motivos:
1. La necesidad de contacto electrico entre el electrolito y la losa de semiconductor sensibilizado en este ultimo obliga a que cualquier reflector trasero potencial sea poroso para permitir un flujo apropiado del conductor lfquido a traves del mismo.
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2. El procesamiento de estas celulas implica la deposicion de capas solidas a partir de suspensiones coloidales, lo que complica la implementacion de componentes de calidad optica dentro del dispositivo.
Una posible solucion a este problema se ha propuesto recientemente mediante la implementacion de cristales fotonicos altamente porosos en la estructura de la celula solar (T. Mallouk et al. “Standing wave enhancement of rend absorbance and photocurrent in dye-sensitized titanium dioxide photoelectrodos coupled to photonic crystals” J. Amer. Chem. Soc. 2003, 125, 6306; A. Mihi, H. Miguez, “Origin of Light Harvesting Efficiency Enhancement in Photonic Cristal Based Dye-Sensitized Solar Cells”, J. Phys. Chem. B. 2005, 109, 15968). Un cristal fotonico se clasifica principalmente dependiendo del numero de dimensiones espaciales a lo largo de las cuales existe una modulacion periodica del fndice de refraccion, dividiendose entonces en cristales fotonicos unidimensionales (1D), bidimensionales (2D) y tridimensionales (3D). Una de sus caracterfsticas mas representativas es su capacidad para difractar la luz.
En el documento WO 2008102046 se da a conocer una estructura multicapa compuesta por nanopartfculas que se comportan como un cristal fotonico unidimensional para su utilizacion en dispositivos opticos de deteccion qufmica o filtros selectores de frecuencia.
El acoplamiento de un espejo dielectrico poroso genetico en celulas solares sensibilizadas por colorante se muestra en la publicacion de A. Mihi et al. “Origin of light harvesting efficiency enhancement in photonic crystal based dye- sensitized solar cells”, J. Phys. Chem. B 2005 109, 15968.
Descripcion de la invencion
La presente invencion presenta una celula solar sensibilizada por colorante basada en un electrodo de absorcion de luz acoplado a un cristal fotonico unidimensional basado en nanopartfculas. La funcion este ultimo es localizar la luz incidente dentro del electrodo potenciando asf la absorcion optica y la eficacia de conversion de energfa de dispositivos organicos (basados en polfmero o hfbridos) sensibilizados por colorante. El cristal fotonico comprende capas alternas que presentan un fndice de refraccion diferente y pueden integrarse facilmente en la celula. La alternancia de capas de fndice de refraccion diferente dota a la estructura de propiedades de cristal fotonico unidimensional necesarias para localizar eficazmente la luz incidente dentro de la capa de absorcion. Cada capa en el cristal fotonico multicapa esta compuesta por nanopartfculas y su porosidad permite que los electrolitos y los compuestos absorbentes fluyan a traves de la multicapa. Esto garantiza un buen contacto electrico con el resto de los componentes, mientras que no afecta al transporte de cargas a traves de la celula.
La introduccion de un cristal fotonico unidimensional dentro de una celula solar proporciona mejoras cualitativas importantes con respecto a disenos previos de celulas solares organicas y afecta tanto al procedimiento de fabricacion como al producto asf obtenido.
Un procedimiento para fabricar la celula solar sensibilizada por colorante comprende las siguientes etapas:
a) depositar una capa de un compuesto semiconductor nanocristalino sobre un sustrato conductor transparente;
b) preparar suspensiones de nanopartfculas en medios lfquidos;
c) utilizar las suspensiones para depositar una multicapa porosa que presenta propiedades de cristal fotonico sobre la capa semiconductora, formando una estructura de capas de nanopartfculas alternas de grosor controlado, de modo que se logra una modulacion espacial periodica o casi periodica de un fndice de refraccion a traves de la multicapa;
d) calentar la estructura hasta una temperatura de entre 100°C y 550°C
e) sensibiliza la estructura con un colorante sumergiendo la estructura en una disolucion del colorante;
f) preparar un contraelectrodo
g) sellar el electrodo y contraelectrodo, formando asf una celula, e infiltrar el espacio entre los mismos con un electrolito conductor que puede ser lfquido o solido.
Las etapas e) y g) podrfan reemplazarse por las respectivas etapas e') infiltrar la estructura con un polfmero conductor y g') sellar el electrodo y contraelectrodo, formando asf una celula.
Un dispositivo de conversion de energfa solar en electrica a modo de ejemplo puede caracterizarse por las siguientes etapas de fabricacion:
A') depositar una capa de un compuesto de polfmero conductor por huecos sobre un sustrato conductor transparente;
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B') depositar una capa de un compuesto de polfmero conductor o compuesto de combinacion de polfmero- fulereno sobre la capa depositada anteriormente;
C') preparar diferentes suspensiones de nanopartfculas en medios lfquidos;
D') depositar una multicapa que presenta alta porosidad y propiedades de cristal fotonico sobre la capa de polfmero o combinacion de polfmero-fulereno depositada en la etapa (b), formando asf una estructura de capas de nanopartfculas alternas de grosor controlado, de modo que se logra una modulacion espacial periodica o casi periodica de un fndice de refraccion a traves de la multicapa;
E') infiltrar la multicapa basada en nanopartfculas con el mismo polfmero o combinacion de polfmero-fulereno utilizado en (b);
F') preparar un contraelectrodo que esta en contacto electrico con el polfmero o combinacion de polfmero- fulereno utilizado en (b), sellando la celula.
En la etapa de depositar una multicapa porosa, puede haber una estructura de multicapa en tandem porosa que presenta propiedades de cristal fotonico a lo largo de un intervalo mayor de longitudes de onda sobre la capa semiconductora, formando asf una estructura de capas de nanopartfculas alternas de grosores controlados, de modo que se logra una modulacion espacial periodica o casi periodica de un fndice de refraccion a traves de la estructura periodica.
La deposicion de la multicapa puede realizarse mediante diversas tecnicas, por ejemplo mediante tecnicas tales como cuchilla rascadora ("doctor blade"), recubrimiento por inmersion, recubrimiento por centrifugacion o mediante la tecnica de Langmuir-Blodgett. La impresion por chorro de tinta tambien serfa una tecnica de deposicion posible.
El dispositivo de conversion de energfa solar en electrica que presenta una estructura de capas de nanopartfculas alternas de grosor controlado, de modo que se logra una modulacion espacial periodica o casi periodica del fndice de refraccion a traves de la multicapa, puede ser una celula solar sensibilizada por colorante, una celula solar hfbrida o una celula solar de polfmero.
Las suspensiones de nanopartfculas pueden ser diferentes suspensiones de nanopartfculas o suspensiones que presentan las nanopartfculas de la misma composicion qufmica pero diferente distribucion de tamano.
Breve descripcion de los dibujos
- Las figuras 1 a - c representan el diseno y la microestructura de una celula solar sensibilizada por colorante acoplada a un cristal fotonico 1-D poroso basado en nanopartfculas. La figura 1(a) representa un esquema de la celula solar basada en PC 1D que muestra la iluminacion a traves de la capa de dioxido de titanio recubierta con colorante. La figura 1 (b) representa una imagen de FE-SEM que muestra una seccion transversal de una estructura periodica de nc-TiO2 - SiO2 escindida (lfnea vertical inferior) hecha crecer encima de un electrodo de nc-TiO2 sensibilizado por colorante (lfnea vertical superior). Un sustrato conductor transparente esta colocado en la parte superior de esta imagen. La figura 1(c) representa una vista aumentada de los nanocoloides de sflice (partfculas esfericas) y titania (unidades cristalinas mas pequenas) que componen el cristal fotonico 1-D.
- Las figuras 2 a - b representan microestructuras de una celula solar sensibilizada por colorante acoplada a una estructura multicapa en tandem. La figura 2(a) representa una imagen de FE-SEM correspondiente a una seccion transversal de una estructura en tandem de nc-TiO2 - SiO2 escindida (lfnea vertical blanca) depositada sobre un electrodo de dioxido de titanio recubierto con colorante (lfnea vertical de puntos). Un sustrato conductor transparente esta colocado en la parte superior de esta imagen. La figura 2(b) representa una vista aumentada de la estructura multicapa en tandem construida encima del electrodo. Pueden distinguirse claramente dos cristales fotonicos de diferente parametro de red cristalina compuestos cada uno por seis capas alternas. Los parametros de red cristalina son 220+10 nm (cristal fotonico indicado como PhC1) y 150+10 nm (cristal fotonico indicado como PhC2), respectivamente.
- La figura 3 representa curvas de corriente-voltaje con iluminacion de 1 sol (100 mW/cm2) de un electrodo de nc-TiO2 sensibilizado por colorante de 350 nm de grosor acoplado a diferentes cristales fotonicos 1D. El parametro de red cristalina en cada caso es de 140+10 nm (cuadrados) y 180+10 nm (triangulos). En todos los casos, el grosor de la capa de TiO2 es de alrededor de 85+5 nm. Tambien se representa graficamente la curva de IV de una celula de referencia con el mismo grosor de electrodo (cfrculos negros).
- Las figuras 4 a - b representan la respuesta optica del electrodo sensibilizado por colorante acoplado a un cristal fotonico 1-D poroso basado en nanopartfculas. (a) Espectros de reflectancia de una pelfcula de 415 nm de grosor de nc-TiO2 seguido por un cristal fotonico 1D grueso de 3 periodos compuesto por pelfculas de
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sflice de 95+5 nm y de titania de 75+5 nm medidos en condiciones de iluminacion frontal (linea continua) y trasera (linea discontinua, sombreada en rojo). (b) Distribucion espacial de la amplitud cuadratica del campo electrico del sistema descrito en (a) a tres longitudes de onda seleccionadas del espectro conseguido para condiciones de iluminacion frontal, tal como se obtiene a partir de los ajustes basados en la aproximacion de onda escalar de la reflectancia experimental. A la banda de paso, 1-1=0,775 micrometros; a un maximo del pico de reflectancia, 12=0,575 micrometros; y en el valle intermedio en el pico de reflectancia, 13=0,512 micrometros.
- Las figuras 5 a - f representan la respuesta espectral de la fotocorriente de cortocircuito de electrodos sensibilizados por colorante de diferente grosor acoplados al mismo cristal fotonico 1D. a-c Eficacia de conversion de foton incidente en corriente (IPCE, %) frente a la longitud de onda para celulas que contienen el mismo cristal fotonico 1D acoplado a una capa de nc-TiO2 sensibilizada por colorante de diferente grosor en cada caso (circulos rojos). Para comparacion, se representan graficamente la IPCE para las mismas capas de nc-TiO2 sensibilizadas por colorante sin el cristal fotonico (circulos azules). (a) Pelfcula de nc-TiO2 de 350 nm, (b) pelfcula de nc-TiO2 de 600 nm, (c) pelfcula de nc-TiO2 de 1500 nm. Todas ellas estan acopladas a un cristal fotonico 1D 6ML (65+5 nm de SiO2, 85±5nm de nc-TiO2). (d), (f) y (g) representan los espectros de reflectancia de la celula solar basada en PC 1D (linea continua) y el factor de potenciacion de fotocorriente g (circulos rojos), definido como la razon entre la IPCE de la celula basada en PC 1D y la del patron para los sistemas descritos en (a), (b) y (c), respectivamente.
- Las figuras 6 a - d representan curvas de desviacion de densidad de corriente frente a voltaje para el electrodo sensibilizado por colorante acoplado a diferentes cristales fotonicos 1D. (a) Densidad de corriente frente a voltaje con iluminacion de 1 sol (100 mW/cm2) de un electrodo de nc-TiO2 de 3 mm de grosor acoplado a cristales fotonicos 1D, presentando cada uno una celula unidad diferente: 110+10 nm de SiO2- 85±5 nm de nc-TiO2 (circulos), 60+5 nm de SiO2-85+5 nm de nc-TiO2 (triangulos) y 120+10 nm de SiO2-85+5 nm de nc-TiO2 (cuadrados). Tambien se muestra la curva de IV de una celula de referencia que presenta el mismo grosor de electrodo de nc-TiO2 (rombos negros). (b), (c) y (d) representan el espectro de reflectancia especular de cada una de las celulas frente al espectro de absorcion del colorante basado en rutenio (linea continua negra, en unidades arbitrarias).
- Las figuras 7 a-c representan el diseno y la microestructura de una celula solar sensibilizada por colorante acoplada a un cristal fotonico 1-D poroso basado en nanopartfculas. (a) Esquema de la celula solar basada en Pc 1D expuesta a iluminacion frontal. (b) Imagen de FE-SEM que muestra una seccion transversal de una multicapa de nc-TiO2 - SiO2 escindida (grosor total indicado por una linea amarilla vertical) hecha crecer encima de un electrodo de nc-TiO2 sensibilizado por colorante (linea vertical roja). Un sustrato conductor transparente esta colocado en la parte superior de esta imagen. (c) Vista aumentada de los nanocoloides de sflice (partfculas esfericas) y titania (unidades cristalinas mas pequenas) que componen el cristal fotonico 1- D.
Descripcion detallada de la invencion
El procedimiento de fabricacion de un dispositivo de conversion de energfa electrica se describe con mayor detalle.
Las etapas de preparacion de una celula solar sensibilizada por colorante pueden comprender las siguientes.
a) Preparacion de una capa de oxido de titanio nanocristalina mediante una tecnica convencional utilizada normalmente en el campo, tal como rasqueta, recubrimiento por inmersion, recubrimiento por centrifugacion, etc. depositada sobre un sustrato conductor transparente (normalmente compuesto por capas de oxido de indio y estano delgadas u oxido de estano fluorado depositado sobre obleas de vidrio convencionales) y cuyo grosor es uniforme y normalmente de entre 100 nm y 100 micrometros.
b) Preparacion de suspensiones de partfculas con tamanos dentro del intervalo de 1-100 nm, y compuestas por cualquier compuesto que pueda formar nanopartfculas. Los medios de suspension son cualquier medio en el que las partfculas puedan dispersarse y la concentracion de nanopartfculas puede ser de entre el 1% y el 99% (razon de volumen de solido/volumen de lfquido).
c) Preparacion de una multicapa con alta porosidad y propiedades de cristal fotonico. Esta multicapa se forma mediante la deposicion alterna de capas de grosor controlado de las nanopartfculas mencionadas en b) de modo que se logra una modulacion espacial periodica o casi periodica del fndice de refraccion a traves de la multicapa. La modulacion determina las propiedades de cristal fotonico de la multicapa. La deposicion de estas capas puede conseguirse mediante recubrimiento por centrifugacion, recubrimiento por inmersion o mediante la tecnica de Langmuir-Blodgett utilizando como suspensiones precursoras las descritas en la etapa
b). La etapa c) podrfa realizarse alternativamente utilizando tecnicas de chorro de tinta. Por tanto, la deposicion de una multicapa porosa que presenta propiedades de cristal fotonico sobre la capa semiconductora, formando una estructura de capas de nanopartfculas alternas de grosor controlado, de modo que puede lograrse alternativamente una modulacion espacial periodica o casi periodica de un fndice de
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refraccion a traves de la multicapa mediante la utilizacion de tecnicas de chorro de tinta.
Los procedimientos de deposicion no se limitan a estos, pueden utilizarse otros procedimientos. El grosor de cada una de las capas de nanopartfculas que forman la multicapa es de entre 1 nm y 1 micrometro. El numero de capas de nanopartfculas en la multicapa puede variar entre 1 y 100.
La integracion de la estructura fotonica porosa sobre la capa de oxido semiconductor descrita en a) comprende las siguientes caracterfsticas especfficas:
d) Calentamiento de la estructura descrita en c) hasta una temperatura de entre 100°C y 550°C, por ejemplo calentamiento de la estructura hasta 450°C.
e) Sensibilizacion de la estructura formada por la capa semiconductora sobre la que se deposita un cristal fotonico unidimensional tal como se describe en c) y se trata tal como se describe en c) con el colorante deseado, mediante inmersion de la estructura en una disolucion del colorante. El procedimiento de preparacion de la celula sensibilizada por colorante varfa dependiendo del tipo de electrolito que va a utilizarse (lfquido, lfquido ionico, estado solido), asf como del modo en que se prepara el contraelectrodo. La presente invencion puede emplearse con cualquiera de las diferentes versiones de las celulas sensibilizadas por colorante.
La siguiente descripcion es un ejemplo de un procedimiento para preparar una celula solar sensibilizada por colorante basada en electrolito lfquido para su utilizacion para mostrar la potenciacion de la eficacia de conversion de energfa posible.
La preparacion de un contraelectrodo puede realizarse mediante cualquiera de los procedimientos convencionales empleados en el campo. Normalmente, se realiza mediante deposicion de una suspension coloidal de un metal de catalizador (tal como platino) sobre un sustrato conductor transparente como el empleado para soportar el electrodo descrito en a). El calentamiento posterior hasta 400°C durante media hora da como resultado una deposicion de un recubrimiento conductor que tambien se comporta como un catalizador para la reduccion de iones I- a I3".
f) Sellado de la celula mediante cualquiera de los procedimientos empleados normalmente en el campo. Los sellantes son habitualmente capas de polfmero delgadas (<100 micrometros) que se cortan en la forma de un marco que sirve tanto para pegar los dos electrodos entre sf a lo largo de sus bordes y tambien como espaciador para las zonas centrales de los dos electrodos. El calentamiento a temperaturas de alrededor de 100°C produce el ablandamiento del marco de polfmero que pega los dos electrodos entre sf sellando la celula para la infiltracion posterior con el electrolito lfquido.
g) Infiltracion del electrolito lfquido conductor a traves de un orificio perforado en el marco de polfmero sellante. Este electrolito puede ser cualquiera de los empleados generalmente en el campo.
El oxido de metal que forma la capa descrita en a) puede componerse de cualquier compuesto obtenible en forma de unidades cristalinas con tamanos de entre 2 nm y 300 nm, por ejemplo entre 5 y 100 nm. Como ejemplo el compuesto se selecciona del siguiente grupo: TiO2, SnO2, CeO2, ZnO, Nb2O5. Una implementacion comprende el oxido TiO2 elegido debido a sus propiedades fisicoqufmicas particulares.
Las nanopartfculas mencionadas en b) pueden componerse de cualquier compuesto obtenible en forma de nanopartfculas con tamanos de entre 1 nm y 100 nm. Las nanopartfculas utilizadas son las que, o una mezcla de las que, permiten obtener un contraste de fndice de refraccion entre capas alternas que forman la multicapa. La composicion de las nanopartfculas puede ser en forma de oxidos de metal, haluros de metal, nitruros, carburos, calcogenuros, metales, semiconductores, polfmeros o una mezcla de ellos. Mas especfficamente, los materiales que forman las nanopartfculas pueden seleccionarse de cualquiera de la siguiente lista de compuestos o bien en su forma amorfa o bien en su forma cristalina: SiO2, TiO2, SnO2, ZnO, Nb2O5, CeO2, Fe2O3, Fe3O4, V2O5, Cr2O3, HfO2, MnO2, Mn2O3, Co3O4, NiO, A^O3, In2O3, SnO2, CdS, CdSe, ZnS, ZnSe, Ni, Co, Fe, Ag, Au, Se, Si y Ge.
Por ejemplo, nanopartfculas compuestas por SiO2 y TiO2, dan lugar a un contraste de fndice de refraccion muy grande en la multicapa. Estas nanopartfculas se utilizan para la realizacion particular de la invencion mostrada en los ejemplos 1 y 2.
Con respecto a las tecnicas de deposicion para formar las capas de nanopartfculas que forman la multicapa descrita en c), pueden ser cualquiera que permita lograr una capa de nanopartfculas con grosor comprendido entre 1 nm y 1 micrometro, tal como recubrimiento por centrifugacion, Langmuir-Blodgett o recubrimiento por inmersion. Por ejemplo, el recubrimiento por centrifugacion es una tecnica adecuada. Mediante deposicion alterna de nanopartfculas de diferente clase (composicion o distribucion de tamano de la suspension) se consigue una estructura de multicapa en la que hay una modulacion espacial del fndice de refraccion y por tanto muestra propiedades de cristal fotonico.
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Tambien es posible que todas las capas en la multicapa descrita en c) esten compuestas por nanopartfculas del mismo material siempre que la multicapa presente una modulacion espacial del fndice de refraccion en la direccion perpendicular a la superficie de las capas, dotando a la estructura de las propiedades deseadas de cristal fotonico. Esto puede lograrse controlando la distribucion de tamano en las nanopartfculas que forman cada capa, puesto que esto determinara la porosidad de la capa y por tanto su fndice de refraccion.
Tambien es posible que la estructura de multicapa depositada sobre la capa de oxido semiconductor tal como se describe en c) se construya como una estructura multicapa en tandem. En ese caso, pueden depositarse consecutivamente sobre el electrodo cristales fotonicos unidimensionales con diferentes parametros de red cristalina modificando la concentracion de las suspensiones de nanopartfculas que se emplean para construir cada una de ellas, tal como se describe en b). Estas estructuras en tandem permiten lograr propiedades de cristal fotonico en un intervalo mas amplio de longitudes de onda, de modo que se espera que potencien la absorcion optica y la eficacia de conversion de energfa de las celulas acopladas a estas estructuras con respecto a las que utilizan un unico cristal fotonico. En la figura 2 se muestra una imagen de seccion transversal correspondiente a un electrodo de dioxido de titanio acoplado a una estructura multicapa en tandem compuesta por dos cristales fotonicos con diferente parametro de red cristalina.
Las dispersiones o suspensiones que se utilizan como precursores para depositar las capas de nanopartfculas delgadas que forman la multicapa utilizan como medio de dispersion lfquido cualquier dispersante de las nanopartfculas. Preferentemente, el medio lfquido es volatil. Este lfquido puede seleccionarse del grupo de agua, alcoholes, o hidrocarburos alicfclicos, aromaticos o alifaticos, por ejemplo se utilizan agua, etanol, etilenglicol y metanol, puros o mezclados en cualquier proporcion.
El colorante mencionado en e) y empleado para sensibilizar la estructura descrita en d) puede ser cualquier colorante que pueda absorber partes del espectro solar y transferir la carga fotogenerada a la capa de oxido semiconductor descrita en a). Por ejemplo, el colorante puede seleccionarse entre el grupo de colorantes que contienen un atomo de rutenio en su forma molecular.
El electrolito, mencionado en g), utilizado para infiltrar la celula con el fin de crear contacto electrico entre los diferentes componentes, puede ser cualquiera de los utilizados en el campo, o bien en fase lfquida o bien en fase de estado solido. Por ejemplo, puede seleccionarse de los que contienen mezclas de iones M3'.
Una celula solar fabricada siguiendo los procedimientos descritos anteriormente mostrara una eficacia de conversion de energfa solar en electrica mas alta que una celula solar de caracterfsticas similares (materiales, compuestos, carga de colorante y grosor de electrodo) pero que carece de integracion de un cristal fotonico unidimensional basado en nanopartfculas. Esto se ilustra en los ejemplos proporcionados.
Estos conceptos se aplican no solo al caso de la celula solar sensibilizada por colorante, sino tambien a otros dispositivos fotovoltaicos basados en compuestos organicos, utilizados como colectores de luz o para el transporte de cargas. Este grupo de dispositivos de conversion de energfa solar en electrica esta relacionado con la celula sensibilizada por colorante utilizada como ejemplo de la invencion. El procedimiento de fabricacion para el caso de integracion de cristales fotonicos unidimensionales porosos del tipo descrito en la presente memoria dentro de celulas solares hfbridas, en las que la capa de oxido de titanio nanocristalina se infiltra con un precursor de gel o lfquido de un polfmero conductor seleccionado como objetivo que proporcionara tanto absorcion de luz como transporte de cargas, sera:
A) depositar una capa de un compuesto semiconductor nanocristalino sobre un sustrato conductor transparente;
B) preparar diferentes suspensiones de nanopartfculas en medios lfquidos;
C) depositar una multicapa que presenta alta porosidad y propiedades de cristal fotonico sobre la capa semiconductora, formando asf una estructura de capas de nanopartfculas alternas de grosor controlado, de modo que se logra una modulacion espacial periodica o casi periodica de un fndice de refraccion a traves de la multicapa;
D) calentar la estructura hasta una temperatura de entre 100°C y 550°C
E) infiltrar la estructura con un polfmero conductor;
F) preparar un contraelectrodo;
G) sellar el electrodo y contraelectrodo, formando asf una celula.
Ademas, el procedimiento de fabricacion para el caso de integracion de cristales fotonicos unidimensionales porosos del tipo descrito en la presente memoria dentro de celulas solares de polfmero, que, en su forma convencional, presentan una estructura estratificada compuesta por la deposicion secuencial de diferentes polfmeros, sera:
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a) depositar una capa de un compuesto de polfmero conductor por huecos sobre un sustrato conductor transparente;
b) depositar una capa de un compuesto de polfmero conductor o compuesto de combinacion de polfmero- fulereno sobre la capa depositada anteriormente;
c) preparar diferentes suspensiones de nanopartfculas en medios lfquidos;
d) depositar una multicapa que presenta alta porosidad y propiedades de cristal fotonico sobre la capa de polfmero o combinacion de polfmero-fulereno depositada en la etapa (b), formando asf una estructura de capas de nanopartfculas alternas de grosor controlado, de modo que se logra una modulacion espacial periodica o casi periodica del fndice de refraccion a traves de la multicapa;
e) infiltrar la multicapa basada en nanopartfculas con el mismo polfmero o combinacion de polfmero-fulereno utilizado en (b);
f) preparar un contraelectrodo que esta en contacto electrico con el polfmero o combinacion de polfmero- fulereno utilizado en (b), sellar la celula.
Sfntesis de nanopartfculas
Se sintetizan partfculas de TiO2 nanocristalinas utilizando un procedimiento basado en la hidrolisis de isopropoxido de titanio seguido por un procedimiento de peptizacion en condiciones hidrotermicas. Se anadieron 20 ml de isopropoxido de titanio (al 97%, Aldrich) a 36 ml de agua Milli-Q y se agito durante 1 hora. Una vez hidrolizado el alcoxido, se filtra el producto utilizando membranas RTTP de Millipore de 1,2 mm, se lava varias veces con agua destilada y se coloca en un reactor de teflon con 3,9 ml de hidroxido de tetrametilamonio (~2,8 M, Fluka). Tras homogeneizar la suspension con una barra agitadora, se coloca el reactor en un horno precalentado a 120°C, donde se mantiene durante 3 horas. Despues de esto, se obtiene una suspension coloidal de unidades cristalinas de oxido de titanio con estructura de anatasa, tal como se confirma mediante difraccion de rayos X. La centrifugacion posterior a 14.000 rpm durante 10 minutos permite eliminar algunos agregados grandes de la dispersion. Se logro una distribucion estrecha de nanocristales centrada en 5 nm tras este procedimiento, tal como se comprobo mediante mediciones de espectroscopfa de fotocorrelacion y microscopfa electronica de transmision. Se adquirieron nanopartfculas de oxido de silicio (20 nm) de Dupont (sflice coloidal LUDOX® TMA, suspension al 34% en peso en H2O). Se suspenden nanopartfculas de TO2 o SO2 en una mezcla de agua (el 21% en volumen) y metanol (el 79% en volumen) con el fin de utilizarse como precursores para el procedimiento de recubrimiento por centrifugacion que conduce a la formacion del PC 1D dentro de la celula.
Fabricacion y caracterizacion estructural de la celula solar que contiene un cristal fotonico 1D
En primer lugar, se deposita una capa de las partfculas de TiO2 nanocristalinas mencionadas anteriormente sobre un sustrato transparente conductor de 25 mm X 25 mm (vidrio recubierto con FTO, Hartford) mediante una combinacion de la tecnica de cuchilla rascadora y recubrimiento por centrifugacion. Se obtiene una capa rugosa aspera mediante la primera, pero se logra una superficie uniforme y lisa en el recubrimiento final tras centrifugarse sobre la misma una gota de una suspension de partfculas de titania finas. Para este trabajo, el grosor total oscila entre 300 nm y 2 micrometros. Entonces, con el fin de construir el reflector de Bragg sobre este sustrato recubierto, se depositaron alternativamente capas de sflice y las mismas partfculas de nc-TiO2 mediante recubrimiento por centrifugacion de gotas de 250 ml de sus suspensiones coloidales. Para la mayorfa de las celulas, el sustrato conductor recubierto con titania se centrifugo a 100 revoluciones por segundo (rps). Se obtuvieron multicapas periodicas de diferente parametro de red cristalina manteniendo la concentracion de nanocristal de TiO2 constante al 5% en peso y cambiando la concentracion de sflice dentro del intervalo comprendido entre el 1% en peso y el 5% en peso. Alternativamente, se utilizaron diferentes velocidades de rotacion comprendidas entre 100 y 150 revoluciones por segundo (rps) para controlar el grosor de cada capa en la multicapa. Las propiedades de PC de esta estructura ya son evidentes a simple vista con cuatro capas depositadas debido al alto contraste dielectrico entre los dos tipos de capas constituyentes. En la mayorfa de los casos, se construyo un apilamiento de seis capas. Despues de esto, el sustrato recubierto con la multicapa se recocio termicamente a 450°C con el fin de sinterizar los nanocristales de titania y eliminar toda el agua unida a la superficie de las partfculas. Cuando la temperatura alcanza 120°C durante el proceso de enfriamiento, se retira la estructura del horno y se sumerge en una disolucion al 0,025% en peso de colorante de rutenio-bipiridilo (Rutenio 535-bis TBA, Solaronix) en etanol durante la noche con el fin de garantizar una adsorcion apropiada del colorante sobre la superficie de nc-TiO2. Despues de esto, el electrodo se pone en contacto electrico con un contraelectrodo cubierto con platino (catalizador de Pt T/SP, Solaronix) infiltrando un electrolito lfquido entre ellos. El electrolito empelado esta compuesto por I2 100 mM (Aldrich, al 99,999%), Lil 100 mM (Aldrich, al 99,9%), [(C4Hg)4N]I 600 mM (Aldrich, al 98%) y 4-terc-butilpiridina 500 mM (Aldrich, al 99%). El disolvente utilizado en este caso fue 3-metoxipropionitrilo (Fluka, >99%). La naturaleza porosa de la multicapa periodica permite que el electrolito empape el recubrimiento de nc-TiO2 sensibilizado. Anteriormente, se utilizo una ventana polimerica de fusion en caliente delgada (Surlyn, 1702 Dupont) que se ablanda a 120°C como espaciador y
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para sellar la celula al mismo tiempo. Se obtuvieron imageries de secciones transversales de la celula utilizando un microscopio electronico de barrido por emision de campo Hitachi 5200 que funcionaba a 5 kV y sin utilizar ningun recubrimiento conductor.
Mediciones de reflectancia optica
Se realizo la caracterizacion optica utilizando un espectrometro de infrarrojos por transformada de Fourier (BRUKER IFS-66) acoplado a un microscopio y que funcionaba en modo de reflexion. Se utilizo un objetivo X4 con una apertura numerica de 0,1 (angulo de cono de luz de ±5,7°) para irradiar la celula solar y recoger la luz reflejada a una incidencia casi normal con respecto a su superficie. Se utilizo un filtro espacial para detectar selectivamente luz de regiones circulares de 1 mm2 de la muestra.
Mediciones fotoelecricas
Se midieron las eficacias de conversion de foton incidente en corriente electrica (IPCE) en el intervalo espectral comprendido entre 400 nm y 800 nm iluminando el lado frontal de la celula con un haz paralelo al plano procedente de una lampara de xenon de 450 W (Oriel) tras dispersarse por un monocromador (Oriel) que contenfa una rejilla de 1200 lfneas/mm (Oriel). Se eligieron rendijas para obtener una resolucion de longitud de onda de 10 nm. Se utilizo un fotodiodo de silicio (Jaal) de respuesta conocida como referencia para extraer las curvas de IPCE. Se midieron las curvas de IV con iluminacion con luz blanca procedente de la misma fuente de luz mas filtros de IR de agua y UV. Se registraron las corrientes por medio de un potenciostato que funcionaba con baterfa.
Ejemplos
Ejemplo 1: Fabricacion de la celula solar sensibilizada por colorante 1
Celula solar sensibilizada por colorante acoplada a un cristal fotonico unidimensional con parametro de red cristalina de 180+10 nm (95±5 nm de SiO2-85±5 nm de nc-TiO2) que presenta su maximo de reflectancia a 600 nm.
Se deposita un electrodo de dioxido de titanio transparente de 350 nm de grosor mediante cuchilla rascadora sobre un sustrato conductor de 25 mm X 25 mm previamente limpiado (vidrio conductor de SnO2 dopado con fluor, Hartford Glass). La pasta de partfculas de anatasa de la que se componen los electrodos se adquirio de Solaronix (nanooxido de Ti hT, Solaronix). El vidrio recubierto con la capa de TiO2 asf preparado se calienta hasta 450°C durante 30 minutos bajo oxfgeno para la sinterizacion. Por otro lado, se sintetizan partfculas de TiO2 nanocristalinas utilizando un procedimiento notificado por Burnside et al, basado en la hidrolisis de isopropoxido de titanio seguida por un procedimiento de peptizacion en condiciones hidrotermicas. En este caso, se anaden 20 ml de isopropoxido de titanio (al 97%, Aldrich) a 36 ml de agua Milli-Q y se agita durante 1 hora. Una vez hidrolizado el alcoxido, se filtra el producto utilizando membranas RTTP de Millipore de 1,2 mm. Entonces, se lava varias veces con agua destilada y se coloca en un reactor de teflon con 3,9 ml de hidroxido de tetrametilamonio 0,6 M, obtenido diluyendo una disolucion de hidroxido de tetrametilamonio comercial en agua (~2,8 M, Fluka). Tras homogeneizar la suspension con una barra agitadora, se coloca el reactor en un horno precalentado a 120°C, donde se mantiene durante 3 horas. Despues de esto, se obtiene una suspension coloidal de unidades cristalinas de oxido de titanio con estructura de anatasa, tal como se confirma mediante difraccion de rayos X. La centrifugacion posterior a 14.000 rpm durante 10 minutos permite eliminar algunos agregados grandes de la dispersion logrando una distribucion estrecha de nanocristales centrada en 5 nm. Antes de construir el reflector de Bragg sobre el sustrato recubierto, se deposita una capa de las partfculas de titania finas mencionadas anteriormente mediante recubrimiento por centrifugacion con el fin de alisar la superficie y obtener una pelfcula uniforme. Entonces, con el fin de construir el reflector de Bragg sobre este sustrato recubierto, se depositaron alternativamente capas de sflice y las mismas partfculas de nc-TiO2 recubriendo por centrifugacion gotas de 250 ml de sus suspensiones coloidales. Se adquirieron nanopartfculas de oxido de silicio (20 nm) de Dupont (sflice coloidal LUDOX® TMA, suspension al 34% en peso en H2O). Las suspensiones precursoras para el procedimiento de recubrimiento por centrifugacion se obtienen suspendiendo nanopartfculas de TiO2 o SiO2 en una mezcla de agua (el 21% en volumen) y metanol (el 79% en volumen). La velocidad de rotacion se fija a 100 rps durante el procedimiento de recubrimiento por centrifugacion, y se prepara el apilamiento periodico de seis capas a partir de nanopartfculas de sflice (disolucion precursora al 3% en peso) y titania (disolucion precursora al 5% en peso). Las propiedades de PC de esta estructura ya son evidentes a simple vista con cuatro capas depositadas debido al alto contraste dielectrico entre los dos tipos de capas constituyentes. Despues de esto, el sustrato recubierto con la multicapa se recocio termicamente a 450°C con el fin de sinterizar los nanocristales de titania y eliminar toda el agua unida a la superficie de las partfculas. Cuando la temperatura alcanza 120°C durante el proceso de enfriamiento, la estructura se retira del horno y se sumerge en una disolucion al 0,025% en peso de colorante de rutenio-bipiridilo (Rutenio 535-bis TBA, Solaronix) en etanol durante la noche con el fin de garantizar una adsorcion apropiada del colorante sobre la superficie de nc-TiO2. Despues de esto, el electrodo se pone en contacto electrico con un contraelectrodo cubierto con platino (catalizador de Pt T/SP, Solaronix) infiltrando un electrolito lfquido entre ellos. El electrolito empleado esta compuesto por I2 100 mM (Aldrich, al 99,999%), LiI 100 mM (Aldrich, al 99,9%), [(C4H9)4N]I 600 mM (Aldrich, al 98%) y 4-terc- butilpiridina 500 mM (Aldrich, al 99%). El disolvente utilizado en este caso fue 3-metoxipropionitrilo (Fluka, >99%). La naturaleza porosa de la multicapa periodica permite que el electrolito empape el recubrimiento de nc-TiO2
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sensibilizado. Anteriormente, se utilizo una ventana polimerica de fusion en caliente delgada (Surlyn, 1702 Dupont) que se ablanda a 120°C como espaciador y para sellar la celula al mismo tiempo. Se midieron curvas de IV con iluminacion con luz blanca procedente de una lampara de xenon de 450 W (Oriel) mas filtros de IR de agua y UV. Se registraron las corrientes mediante un potenciostato que funcionaba con baterfa. En la figura 3 (triangulos) se presenta la curva de IV correspondiente a la celula solar sensibilizada por colorante 1. En este grafico tambien se representa graficamente la curva de IV para una celula solar sensibilizada por colorante de referencia sin cristal fotonico (cfrculos negros).
Ejemplo 2: Fabricacion de la celula solar sensibilizada por colorante 2
Celula solar sensibilizada por colorante acoplada a un cristal fotonico unidimensional con parametro de red cristalina de 140+10 nm (55±5 nm de SiO2-85±5 nm de nc-TiO2) que presenta su maximo de reflectancia a 450 nm.
Se emplea el mismo procedimiento de fabricacion mencionado en el ejemplo 1 para construir la celula solar sensibilizada por colorante 2. En este caso, el apilamiento periodico de seis capas se prepara a partir de nanopartfculas de sflice (disolucion precursora al 2% en peso) y titania (disolucion precursora al 5% en peso). Las suspensiones precursoras para el procedimiento de recubrimiento por centrifugacion se obtienen suspendiendo nanopartfculas de TiO2 o SiO2 en una mezcla de agua (el 21% en volumen) y metanol (el 79% en volumen), y la velocidad de rotacion se mantiene a 100 rps durante el procedimiento de recubrimiento por centrifugacion. En la figura 3 (cuadrados azules) se presenta la curva de IV correspondiente a esta celula solar sensibilizada por colorante. Tambien se muestra en este grafico (cfrculos negros) la curva de IV correspondiente a una celula solar sensibilizada por colorante de referencia. Para esta comparacion, se ha empleado el mismo grosor de electrodo en todos los casos. Puede observarse claramente que la eficacia de conversion de energfa de estos electrodos finos puede mejorarse hasta 6 veces acoplando las estructuras de multicapa periodica.
Ejemplo 3: Fabricacion de la celula solar sensibilizada por colorante
Celula solar sensibilizada por colorante acoplada a un cristal fotonico unidimensional con parametro de red cristalina de 195+15 nm (110+10 nm de SiO2-85+5 nm de nc-TiO2) que presenta su maximo de reflectancia a 520 nm.
Se emplea el mismo procedimiento de fabricacion mencionado en el ejemplo 1 para construir la celula solar sensibilizada por colorante 3. En este caso, el apilamiento periodico de seis capas se prepara a partir de nanopartfculas de sflice (disolucion precursora al 3% en peso) y titania (disolucion precursora al 5% en peso). Las suspensiones precursoras para el procedimiento de recubrimiento por centrifugacion se obtienen suspendiendo nanopartfculas de TiO2 o SiO2 en una mezcla de agua (el 21% en volumen) y metanol (el 79% en volumen), y la velocidad de rotacion se mantiene a 100 rps durante el procedimiento de recubrimiento por centrifugacion. En las figuras 6a (cfrculos) y 6b se presentan la curva de IV y el espectro de reflectancia especular correspondientes a esta celula solar sensibilizada por colorante, respectivamente. En la figura 6b tambien se representa graficamente el espectro de absorcion del colorante basado en rutenio (lfnea continua negra, en unidades arbitrarias). Se observa claramente que la eficacia superior se logra cuando el espectro de reflectancia de la celula solar sensibilizada por colorante acoplada al cristal fotonico se solapa con el espectro de absorcion del colorante basado en rutenio.
Ejemplo 4: Fabricacion de la celula solar sensibilizada por colorante
Celula solar sensibilizada por colorante acoplada a un cristal fotonico unidimensional con parametro de red cristalina de 145+10 nm (60+5 nm de SiO2-85+5 nm de nc-TiO2) que presenta su maximo de reflectancia a 450 nm.
Se emplea el mismo procedimiento de fabricacion mencionado en el ejemplo 1 para construir la celula solar sensibilizada por colorante 4. En este caso, el apilamiento periodico de seis capas se prepara a partir de nanopartfculas de sflice (disolucion precursora al 2,5% en peso) y titania (disolucion precursora al 5% en peso). Las suspensiones precursoras para el procedimiento de recubrimiento por centrifugacion se obtienen suspendiendo nanopartfculas de TiO2 o SiO2 en una mezcla de agua (el 21% en volumen) y metanol (el 79% en volumen), y la velocidad de rotacion se mantiene a 100 rps durante el procedimiento de recubrimiento por centrifugacion. En las figuras 6a (triangulos) y 6c se presentan la curva de IV y el espectro de reflectancia especular correspondientes a esta celula solar sensibilizada por colorante, respectivamente. En la figura 6c tambien se representa graficamente el espectro de absorcion del colorante basado en rutenio (lfnea continua negra, en unidades arbitrarias).

Claims (7)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para fabricar una celula solar sensibilizada por colorante caracterizado por que presenta las etapas siguientes:
    a) depositar una capa de un compuesto semiconductor nanocristalino sobre un sustrato conductor transparente;
    b) preparar unas suspensiones de nanopartfculas en unos medios lfquidos;
    c) utilizar las suspensiones para depositar una multicapa porosa que presenta unas propiedades de cristal fotonico sobre la capa semiconductora, formar una estructura de capas de nanopartfculas alternas de grosor controlado, de manera que se logra una modulacion espacial periodica o casi periodica de un fndice de refraccion a traves de la multicapa;
    d) calentar la estructura hasta una temperatura entre 100°C y 550°C;
    e) sensibilizar la estructura con un colorante sumergiendo la estructura en una disolucion del colorante;
    f) preparar un contraelectrodo;
    g) sellar el electrodo y el contraelectrodo, formando asf una celula, e infiltrar el espacio entre los mismos con un electrolito conductor que puede ser lfquido o solido.
  2. 2. Procedimiento para fabricar una celula solar segun la reivindicacion 1, caracterizado por que las suspensiones de nanopartfculas utilizadas presentan una composicion diferente o una composicion similar pero diferente tamano de partfcula o estado de agregacion.
  3. 3. Procedimiento para fabricar una celula solar segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que las suspensiones de nanopartfculas son suspensiones seleccionadas de entre cualquiera de la lista de compuestos siguiente o bien en su forma amorfa o bien en su forma cristalina: SiO2, TiO2, SnO2, ZnO, Nb2O5, CeO2, Fe2O3, Fe3O4, V2O5, Cr2O3, HfO2, MnO2, Mn2O3, Co3O4, NiO, A^O3, In2O3, SnO2, CdS, CdSe, ZnS, ZnSe, Ni, Co, Fe, Ag, Au, Se, Si y Ge.
  4. 4. Procedimiento para fabricar una celula solar segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la multicapa es una estructura de multicapa porosa en tandem depositada que presenta unas propiedades de cristal fotonico a lo largo de un intervalo mayor de longitudes de onda sobre la capa semiconductora, formando asf una estructura de capas de nanopartfculas alternas de grosores controlados, de manera que se logran unas zonas de periodicidad diferente del fndice de refraccion.
  5. 5. Procedimiento para fabricar una celula solar segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la multicapa se deposita mediante cuchilla rascadora, recubrimiento por inmersion, recubrimiento por centrifugacion, la tecnica de Langmuir-Blodgett o mediante impresion por chorro de tinta.
  6. 6. Celula solar sensibilizada por colorante que presenta una capa semiconductora nanocristalina sensibilizada por colorante depositada sobre un sustrato conductor transparente, sumergida en un electrolito y sellada con un contraelectrodo para formar la celula solar y caracterizada por que incluye un cristal fotonico a base de nanopartfculas unidimensional formado por capas alternas que presentan un fndice de refraccion diferente depositadas sobre la capa semiconductora nanocristalina.
  7. 7. Celula solar segun la reivindicacion 6, caracterizada por que dicho cristal fotonico a base de nanopartfculas unidimensional forma una estructura multicapa en tandem realizada en capas de nanopartfculas alternas de grosores controlados, de manera que se logran unas zonas de periodicidad diferente del fndice de refraccion.
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