Optimización de celdas solares sensibilizadas con ficobiliproteínas obtenidas desde Gracilaria chilensis

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Aballay-González, Ambbar EstefaníaAbstract
Organismos acuáticos como algas rojas y cianobacterias, poseen un sistema proteico de captación lumínica altamente eficiente llamado Ficobilisoma. Los Ficobilisomas de algas rojas se componen de Ficobiliproteínas (PBP) como Aloficocianina (APC), Ficocianina (PC) y Ficoeritrina (PE), y proteínas de unión o linker que ayudan en el ensamblaje y conducción de energía solar. La abundancia de algas rojas en la naturaleza, su potencialidad de cultivo y ...
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Organismos acuáticos como algas rojas y cianobacterias, poseen un sistema proteico de captación lumínica altamente eficiente llamado Ficobilisoma. Los Ficobilisomas de algas rojas se componen de Ficobiliproteínas (PBP) como Aloficocianina (APC), Ficocianina (PC) y Ficoeritrina (PE), y proteínas de unión o linker que ayudan en el ensamblaje y conducción de energía solar. La abundancia de algas rojas en la naturaleza, su potencialidad de cultivo y las características espectroscópicas singulares de estas Ficobiliproteínas, las convierten en excelentes candidatas para la sensibilización de semiconductores en dispositivos DSSC.
Es por esto que el objetivo de este trabajo fue evaluar y optimizar el uso de Ficobiliproteínas y Ficobilisomas estabilizados, obtenidos desde Gracilaria chilensis, como sensibilizadores para DSSC.
Las Ficobiliproteínas de G. chilensis fueron extraídas y purificadas con grado de pureza analitico, con un rendimiento de extracción respecto al peso húmedo de alga de 176 mg de Ficoeritrina/Kg de alga, 154 mg de Ficocianina/ Kg de alga y 4 mg de Aloficocianina/Kg de alga.
La sensibilización o adsorción de las PBP sobre los fotoelectrodos fue evaluada mediante la comparación de su espectro de absorción (UV-Visible) en sólido. Tampón Tris HCl pH 7,0 favorece la absorción de las PBP sobre el semiconductor de TiO2, respecto a tampón fosfato pH 7,0.
Luego de la sensibilización, las celdas solares fueron ensambladas y sus parámetros fotoeléctricos fueron medidos en un simulador solar. La eficiencia de conversión obtenida para PE, PC y APC, sin optimizar, fue del orden de 0,020 %.
La optimización de las DSSC fabricadas, se enfocó en mejorar la adsorción de las PBP sobre los fotoelectrodos. Para estos se funcionalizó la superficie del semiconductor de TiO2 con moléculas de Poli-L-Lisina, Amino propil trimetoxilano (APTMS), Glutarardehído o una combinación de estos dos últimos. La eficiencia de conversión alcanzada con las celdas solares ensambladas con los fotoelectrodos funcionalizados con moléculas de APTMS, fue de 0,176 % para APC, 0,137 % para PC, 0,140 % para PE y 0,042 % para celdas solares sin sensibilizar. Mejorando la eficiencia obtenida anteriormente.
Otro factor importante en el desempeño de una DSSC es la termoestabilidad del sensibilizador utilizado. Reportes previos han mostrado que las PBP de organismo mesófilos son sensibles a temperaturas superiores a 50 °C, por lo cual, lograr la estabilidad térmica de las PBP es deseado. La optimización de éste factor, fue evaluado con PC, mediante su entrecruzamiento posiblemente intracatenario, con formaldehido, logrando aumentar la temperatura de fusión (Tm) de 56 °C hasta 80 °C, determinado a 280 nm. Las celdas solares ensambladas con PC estabilizada térmicamente mostraron una eficiencia de conversión de 0,12 %, menor a la obtenida con PC sin estabilizar (0,160 %). A pesar de que la eficiencia de conversión alcanzada con las celdas solares ensambladas con PC estabilizada térmicamente, resultara un poco menor a la obtenida con PC sin estabilizar, esto puede ser mejorado en estudios futuros. Las eficiencias de conversión obtenidas con las celdas solares sensibilizadas con PBP, se encuentran en el rango reportado previamente para otros complejos proteicos fotosintéticos. La funcionalización de superficie de TiO2 y la estabilización térmica de PC mediante entrecruzamiento con FA, son un acercamiento al diseño y optimización de dispositivos fotovoltaico biohíbridos.
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Date de publicación
2019Academic guide
Martínez-Oyanedel, José Antonio
Manidurai, Paulraj
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