Resumen

En este proyecto se construyeron fotoánodos para celdas solares sensibilizadas utilizando la proteína fotoactiva bacteriorodopsina (BR). El objetivo fue utilizar la proteína como sustituyente a los colorantes comunes a base de Ru, que son costosos y tóxicos. Los sustratos se prepararon recubriendo vidrio conductor con nanopartículas de óxido de zinc (ZnO-NPs). La proteína se inmovilizó en estos sustratos para completar un fotoánodo capaz de capturar la energía solar y transformarla en energía eléctrica. Las técnicas de dropcasting (DC), funcionalización química con feniltrietoxisilano (PTES) y la sedimentación electroforética (SE) fueron optimizadas para inmovilizar la proteína. Mediante espectroscopia de absorción ultravioleta-visible (UV-Vis) se demostró que la proteína conservaba su función fotoactiva después de la inmovilización. La resistencia y tasa de transferencia de carga del fotoánodo en el electrolito fue comparada por medio de impedancia electroquímica. Para los tres métodos se encontraron valores relativamente altos (105 Ω) en comparación con datos reportados para tintes de rutenio. El desempeño de los fotoánodos preparados por DC y SE en celdas solares sensibilizadas se determinó por cronopotenciometría bajo iluminación. Se encontró que la capa molecular de PTES permite inmovilizar la proteína en periodos más cortos de tiempo pero introduce una resistencia eléctrica adicional en el sistema, por lo que no es apropiada para el sistema fotoelectroquímico estudiado. Los fotoánodos preparados por SE permite obtener el fotovoltaje más alto (16 mV) y la tasa de transferencia electrónica más veloz, mientras que usando la técnica DC se midieron fotovoltajes de tan solo 1 mV. Estas respuestas sugieren que la orientación de la proteína en el ZnO es determinante en la fotorespuesta de la celda, ya que bajo el campo eléctrico aplicado durante SE la proteína se orienta según su dipolo eléctrico, mientras en el DC, la orientación es aleatoria. En base a los resultados obtenidos, se recomienda controlar mejor el espesor de la capa de la proteína, utilizar un electrolito más afín a la naturaleza de esta biomolécula y disminuir la rugosidad de la capa de ZnO para producir fotoánodos que transformen la energía solar de forma más eficiente.

Palabras clave: Bacteriorodopsina; celdas solares sensibilizadas; óxido de zinc; sedimentación electroforética; fotorespuesta; conversión de energía; celdas biofotovoltaicas; biofuncionalización