Aumento de la eficiencia óptica de un concentrador solar luminiscente basado en clúster metálicos por la interacción con nanopartículas metálicas

Abstract

Dado los problemas de contaminación que experimentamos, fuentes de energía eléctrica amigables con el medio ambiente han despertado interés en la comunidad científica. Una de ellas corresponde al uso de celdas fotovoltaicas para aprovechar la energía solar. Sin embargo, dado sus altos costos de producción, sistemas que permitan la concentración de la radiación solar han adquirido importancia. Entre ellos se encuentran los concentradores solares luminiscentes (CSL). Estos dispositivos aprovechan las propiedades espectroscópicas de las moléculas para concentrar la radiación solar. Los CSL, constan de una matriz transparente, que contiene luminóforos que absorben la radiación solar, los que luego emiten fotones que son transportados mediante múltiples reflexiones internas hacia los bordes del CSL en donde son concentrados. En uno de sus bordes se acopla una celda fotoeléctrica que transforma los fotones en energía eléctrica. La capacidad de concentrar fotones en un CSL se denomina eficiencia óptica y depende de las características moleculares de los luminóforos, especialmente de su intensidad de emisión. Así, el enfoque de este Seminario de Título es mejorar la eficiencia óptica de un CSL a través del uso de nanopartículas metálicas que son conocidas como amplificadoras de la luminiscencia. Para su realización, se sintetizaron y caracterizaron nanopartículas de oro y plata y clútsers de oro. Luego se depositaron sobre matrices de vidrio y Plexiglás y se estudió el efecto amplificador de las nanopartículas sobre los clústers de oro. La amplificación en cada CSL creado se determinó mediante el factor de amplificación, concluyendo que las nanopartículas de plata recubiertas con SiO2 son la mejor opción para amplificar la luminiscencia del clústers de oro. Realizado estos estudios, se midió la eficiencia óptica de cada uno de los CSL creados alcanzando un porcentaje de eficiencia óptica máxima de 0,84%.

Given the pollution problems we are experiencing, environmentally friendly sources of electrical energy have aroused interest in the scientific community. The use of photovoltaic cells to take advantage of solar energy is one of them. However, given their high production costs, systems that allow the concentration of solar radiation have become important. Among them are luminescent solar concentrators (LSCs). These devices take advantage of the spectroscopic properties of molecules to concentrate solar radiation. LSCs consist of a transparent matrix containing luminophores that absorb solar radiation, which emit photons that are transported through multiple internal reflections to the edges of the LSC where they are concentrated. A photoelectric cell is attached to one of its edges, which transforms photons into electrical energy. The ability to concentrate photons in a LSC is called optical efficiency and depends on the molecular characteristics of the luminophores, especially their emission intensity. Thus, aim of this work is to improve the optical efficiency of a LSC using metallic nanoparticles that are known as luminescence enhancers. For this purpose, gold and silver nanoparticles and gold clusters were synthesized and characterized. They were deposited on glass and Plexiglas matrices and the enhancing effect of the nanoparticles on the gold clusters was studied. The amplification in each creates LSC was determined by the amplification factor, concluding that the SiO2-coated silver nanoparticles are the best option to enhance the luminescence of gold clusters. Once these studies were carried out, the optical efficiency of each of the LSCs was measured, reaching a percentage of maximum optical efficiency of 0.84%.