Development of Integrated Devices for Both Photoelectric Conversion and Energy Storage - Solis Cortes, Daniel (UMA Editorial, 2018)
En las últimas décadas, la creciente demanda mundial de energía y el hecho de que los combustibles fósiles son limitados ha fomentado el desarrollo y la investigación de las energías renovables en muchos campos, como la energía solar, el almacenamiento de energía con baterías o supercondensadores y la energía eólica. La combinación de una célula solar con un supercondensador en un solo dispositivo se conoce como foto-supercondensador, recibiendo cada vez más interés en los últimos años por sus múltiples aplicaciones en futuros dispositivos portátiles y su integración en la edificación. Este dispositivo es capaz de generar y almacenar electricidad al mismo tiempo a partir de la energía solar. El objetivo general de la presente Tesis es diseñar, desarrollar y caracterizar un fotocondensador transparente capaz de captar la energía solar, transformarla en electricidad y almacenarla de forma eficiente. En la presente Tesis, se describen y presentan los resultados obtenidos para el desarrollo de dos tipos de fotocondensador. Se ha diseñado, fabricado y optimizado cada uno de los elementos que forman parte del dispositivo. Dicho dispositivo está formado por el fotoánodo como parte generadora de energía combinado con un supercondensador como parte almacenadora de energía. El fotoánodo del primer tipo de dispositivo está compuesto por nanohilos de ZnO sensibilizados con quantum dots (QDs) de sulfuro de plata (Ag2S) y recubiertos por una capa pasivante de sulfuro de zinc (ZnS), crecido sobre un electrodo transparente conductor, habiéndose usado FTO comercial para el primer dispositivo y una capa delgada de GIZO sintetizada en nuestro laboratorio para el segundo fotocondensador. Ambos dispositivos se han combinado con el supercondensador compuesto por un electrolito iónico conductor ([HEMIm][BF4]/PVP) y electrodos de polímero conductor de PEDOT.
El fotoánodo del segundo tipo de dispositivo se compone de una capa delgada de dióxido de titanio (TiO2) crecida sobre ITO comercial y la parte almacenadora está compuesta por un electrolito ion gel y una capa de LiFeO2 como cátodo. Se ha sintetizado un óxido transparente conductor con elevada movilidad electrónica siendo 45 (cm2 V-1 s-1), una conductividad de 1.75 x 103 Ω-1 cm-1 y alta densidad de portadores, compuesto por Galio, Indio, Zinc y Oxígeno (GIZO). Se ha desarrollado y optimizado la parte fotoactiva de generación eléctrica habiéndose realizado medidas fotoelectroquímicas para estudiar la influencia de los distintos parámetros de crecimiento de los QDs sobre la eficiencia de foto-respuesta. Se ha obtenido y caracterizado un supercondensador simétrico con electrolito transparente. Se ha estudiado la influencia del espesor de PEDOT sobre las propiedades del dispositivo habiéndose obtenido valores de capacidad gravimétrica de 21.04 mF g-1. La densidad de energía y la densidad de potencia resultaron ser 0.046 mWh/g y 59.28 mW/g, respectivamente. Finalmente, la eficiencia de fotoconversión para el fotocondensador formado por FTO fue del 0.012% y la eficiencia global fue de 8.25 x 10-4%. Para el fotocondensador basado en GIZO la eficiencia de fotoconversión fue del 1.44 x 10-3 % y la eficiencia global fue de 1.13 x 10-4 %. El segundo tipo de fotocondensador alcanzó una eficiencia de fotoconversión de 8.1 x 10-5% y una eficiencia global de 6.67 x 10-6%.
Keywords: Condensadores (Electricidad) - Tesis doctorales; ZnO; QD; TiO2; Fotocondensador; Transparente