Caracterización optoelectrónica de celdas solares nano estructuradas y sensibilizadas con Mullaca, Physalis Angulata L.

Abstract

Esta tesis exploró el colorante extraído de Physalis Angulata L. (Mullaca), planta de la Amazonia peruana. como fotosensibilizador en películas nanoporosas de dióxido de titanio (Ti02) para celdas solares sensibilizadas por colorante (DSSC). Se planteó la hipótesis de que la mullaca, por su contenido de clorofila. puede optimizar la captación de luz visible y generar respuesta fotovoltaica eficiente. La metodología incluyó tres etapas: primero, la fabricación de la celda por recubrimiento y sellado; segundo, la caracterización estructural, Morfológica, química y óptica del electrodo de Ti02 y mullaca con solventes (metanol, Isopropanol, etanol, agua y acetonitrilo). Identificando la clorofila a como pigmento; y tercero, la evaluación eléctrica en el laboratorio URPUNANO con un simulador solar, y en la estratósfera a bordo del payload del programa High Altitude Student Platform (HASP) de Ia National Aeronautics and Space Administration (NASA), proyecto financiado por la Universidad Nacional del Centro del Perú (UNCP). A nivel de laboratorio, la sensibilización con hojas disueltas alcanzó Jsc = 0.518 mA/cm2 Voc = 0.64 V, FF = 0.643, Pmáx = 0.213 mW/cm2 y n% = 0.21%, mientras que el polvo disuelto obtuvo Jsc= 0.433 mA/cm2, Voc = 0.635 V, FF = 0.713, Pmáx = 0.196 mW/cm2 y n% = 0.20%. En el vuelo estratosférico se registró la celda de mullaca con Jsc = 38.17 mA, Jsc = 134.87 mA/cm2, Voc = 0.31 V, FF = 0.97 y n% = 0.0011 %. Estos resultados demuestran el potencial de la mullaca como fotosensibilizador natural en DSSC al convertir energía solar en eléctrica, consolidándola como una propuesta innovadora en el marco de una investigación frontera. Aunque las celdas comerciares con colorantes sintéticos (N3 o N719) alcanzan hasta un 11% de eficiencia bajo AM 1.5G. la mullaca, si bien es aún distante de ese rendimiento ofrece una alternativa natural, económica y sostenible.

This thesis explored the dye extracted from Physalis Angulata L. (Mullaca), a Peruvian Amazon plant, as a photosensitizer in nanoporous titanium dioxide (Ti02) films for dye - sensitized solar cells (DSSC). It was hypothesized that mullaca, due to its chlorophyll content, can optimize visible light collection and generate efficient photovoltaic response. The methodology included three stages: first, the fabrication of me cell by coating and sealing: second, the structural, morphological, chemical and optical characterization of the Ti02 electrode and mullaca with solvents: methanol, isopropanol, ethanol, water and acetonitrile, identifying chlorophyll a as a pigment, and third, the electrical evaluation in the URPUNANO laboratory with a solar simulator, and in the stratosphere aboard the payload of the High Altitude Student Platform (HASP) program of the National Aeronautics and Space Administration (NASA), a project financed by the National university of Central Peru (UNCP). Al the laboratory level, sensitization with dissolved leaves achieved Jsc = 0.518 mA/cm2, Voc = 0.64 V, FF = 0.643, Pmáx = 0.213 mW/cm2 and n% = 0.21 %, while dissolved dust obtained Jsc = 0.433 mA/cm2, Voc = 0.635 V, FF = 0.713, Pmáx = 0.196 mW/cm2 and n% = 0.20%. In stratospheric flight, the mullaca cell was recorded with Jsc = 38.17 mA, Jsc = 134.87 mA/cm2, Voc = 0.31 V, FF = 0.97 and n % = 0.0011 %. These results demonstrate the potential of mullaca as a natural photosensitizer in DSSC by converting solar energy into electricity, establishing it as an innovate proposal within the framework of frontier research. Although commercial cells with synthetic dyes (N3 or N719) achieve up to 11% efficiency under AM 1.5G, mullaca, while still far that performance, offers a natural, economical, and sustainable alternative.