Análisis y Optimización de un concentrador solar luminiscente sencibilizado con rodamina B y NaYF4 YbEr

Abstract

En este presente trabajo se realizaron dos síntesis de nanopartículas de oro, una en la que solo se sintetizan nanopartículas de oro sin coraza de dióxido de silicio, donde las imágenes SEM mostraron un tamaño promedio de 68 nm y la otra donde se sintetizan nanopartículas de oro con una coraza de dióxido de silicio que esta alrededor de la nanopartícula, donde las imágenes SEM mostraron un tamaño promedio de 42 nm en el núcleo y con un grosor de coraza de dióxido de silicio de 9.5 nm, dando un tamaño total de nanopartícula de 61 nm, además se observa que la morfología predominante en ambas síntesis es la forma esférica, aunque en la síntesis de oro sin coraza de dióxido de silicio muestra principios de formación de estrellas, también se utilizó el colorante rodamina B y NaYF4:Yb,Er, materiales ópticos que servirán como huéspedes de las nanopartículas. Los materiales que se utilizaron para la construcción de nuestro concentrador solar luminiscente fueron vidrios de 10x10 cm con un grosor de 0.9 cm, cuatro mini celdas comerciales de silicio policristalino que mostraron ser más sensibles en rango del infrarrojo, poly (methylmetacrilate) o PMMA polvo que se utilizó para fabricar las películas con un grosor de 9.5 µm aproximadamente, por último se fabricó un dispositivo en forma de marco de ventana, dispositivo donde se montaría el concentrador solar luminiscente. El objetivo principal de este trabajo es optimizar las propiedades luminiscentes de la rodamina B y del NaYF4:Yb,Er mediante el efecto plasmónico de nanopartículas de oro que posteriormente se aplicaron a un concentrador solar luminiscente, así pues se procedió a fabricar las películas de rodamina B con y sin nanopartículas de oro con y sin coraza de dióxido de silicio al igual que las películas de NaYF4:Yb,Er, películas que fueron adheridas a los vidrios mediante la técnica de pipeteo y fueron secadas en un horno a 60 °C esto para evitar humedad en las películas, una vez fabricadas las películas se procedió con la caracterización eléctrica del concentrador solar luminiscente con una configuración de dos vidrios uno encima del otro esto con el fin de alcanzar el grosor de la celda comercial, se encontró que la configuración de mayor eficiencia fueron las películas que contenían rodamina B con nanopartículas de oro con coraza de dióxido de silicio dicha eficiencia esta alrededor del 0.62 % mientras que la eficiencia máxima que presentaron las películas de NaYF4:Yb,Er es alrededor del 0.31 %, además se realizó la prueba con la combinación de rodamina B y NaYF4:Yb,Er con nanopartículas de oro con coraza de dióxido de silicio las cuales fueron nombradas Mix y Mix-AuS, con una máxima eficiencia de 0.51%. ii También se realizaron muestras en líquido con las mismas concentraciones que el de las películas delgadas, esto con el fin de observar el efecto plasmónico y asociarlo a las eficiencias registradas en la caracterización del concentrador solar luminiscente, así pues encontramos que las curvas del espectro de emisión de la rodamina B con y sin nanopartículas de oro sin y con coraza de dióxido de silicio concuerdan fielmente con las curvas de J-V de las películas de rodamina B con y sin nanopartículas de oro sin y con coraza de dióxido de silicio, mostrando una tendencia que indicaba que a mayor intensidad luminiscente mayor eficiencia. Sin embargo las curvas de emisión del NaYF4:Yb,Er no concuerdan del todo, aunque por lo menos la curva que muestra mayor intensidad luminiscente si muestra mayor eficiencia en las curvas J-V, y por último las curvas de intensidad luminiscente de las muestras Mix no muestran algún incremento en la intensidad luminiscente aun que las curvas J-V muestra un pequeño brinco para la muestra que contiene nanopartículas de oro con coraza de dióxido de silicio. Así pues con todo este análisis hemos mostrado que el efecto plasmónico producido por la interacción de luz con los electrones libres que se encuentran en la superficie de las nanopartículas proporciona una intensidad luminiscente en la señal de emisión de la rodamina B y del NaYF4:Yb,Er, también mostramos que la nanopartícula utilizada en los líquidos que mostro las mejores intensidades luminiscentes fue la que tenía una coraza de dióxido de silicio con un grosor de 9.5 nm aproximadamente y además estas muestras también mostraron las mejores eficiencias en las películas fabricadas, dando evidencia de una mejora en la eficiencia del concentrador solar luminiscente.