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Vigilancia Tecnológica Celdas de Grätzel

Elaboró: PIDI Revisó: PIDI Aprobó: SID Fecha: 02/08/2011 Código: FR 20-03-V03 Página: 1 de 15

Celdas de Grätzel

INFORME DE VIGILANCIA TECNOLÓGICA

Medellín, 9 de mayo de 2012

INFORMACIÓN CONFIDENCIAL – Este documento

pertenece exclusivamente a la Corporación Centro de

Investigación y Desarrollo Tecnológico - CIDET y sus

investigadores asociados y fue desarrollado para uso

discrecional por parte de las empresas involucradas

en el proyecto. No se puede utilizar para fines distintos

a los de la evaluación de la propuesta sin

consentimiento escrito del CIDET. No podrá ser usado

de cualquier manera en detrimento de los intereses

del CIDET.



Celdas de Grätzel

Resultados obtenidos al realizar búsquedas en la base de datos Scopus, sobre el tema “celdas solares basadas en Dióxido de Titanio” o también conocidas como “Celdas solares de Grätzel”, entre el 2 y 4 de mayo de 2012. Se recopilaron 303 artículos para el estudio. Se buscaron también patentes referentes al tema, se muestra un análisis. PALABRAS CLAVE Inicialmente, se presenta un listado de las palabras clave más utilizadas en los artículos indexados encontrados.

PALABRAS CLAVE MÁS USADAS En principio, se muestra el nivel de uso de las principales palabras clave referenciadas en los artículos. A partir de éstas es posible plantear nuevas búsquedas utilizándolas como base en las investigaciones. Figura 1.

Figura 1. Nivel de uso de principales palabras clave.

A continuación se presenta una lista de las primeras 5 palabras clave. Su línea de tendencia en uso durante el tiempo.

259 227

173

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Figura 2. Palabra clave: Titanium Dioxide.

La palabra clave “Titanium Dioxide” ha sido usada en 259 oportunidades dentro de las búsquedas indicadas en 300 artículos. Este término se empezó a usar desde 1991 pero ha tenido un máximo uso durante los últimos años. Se aprecia un crecimiento desde 2003, pero toma sus picos máximos en los años 2009 y 2011. En lo que va corrido de 2012 esta palabra clave ha alcanzado un número importante dentro de las publicaciones. En general, se usa más el término Dióxido de Titanio que Celdas de Grätzel, puesto que este es el componente principal de estas celdas. (Figura 2)

Figura 3. Palabra clave: Solar Cell.

“Solar Cell” ha sido utilizada en 227 oportunidades. (Figura 3)

1 1 1 1 1 1 1 2 1 2 1 2 3 7 9

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Titanium dioxide

1 1 2 1 1 1 1 2 2 2 2 1 2 6

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12

Solar cell



Figura 4. Palabra clave: Dye Sensitized Solar Cell.

Esta palabra clave “Dye Sensitized Solar Cell” ha sido utilizada en 173 artículos indexados. Se empezó a utilizar en 1991, año en el que el investigador Michael Grätzel hizo su primera publicación sobre celdas solares de bajo costo a base de dióxido de titanio. (Figura 4)

Figura 5. Palabra clave: Photoelectrochemical Cell.

La palabra clave “Photoelectrochemical Cell” ha sido utilizada en 124 ocasiones dentro de los artículos encontrados. (Figura 5)

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Dye sensitized solar cell

1 1 1 1 1 1 1 1 2 4 1 2

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Photoelectrochemical cell



Figura 6. Palabra clave: Solar Energy.

Esta palabra clave, Solar Energy, se utiliza en 107 artículos, del total de artículos analizados. (Figura 6)

INVESTIGADORES LÍDERES

Los autores más prolíficos en cuestión de Celdas de Grätzel se presentan a continuación.

Figura 7. Autores más prolíficos.

El autor que mas artículos ha escrito sobre el tema es Michael Grätzel, seguido por Craig A Grimes. Se presentan solo los autores con 4 o más artículos.

1 1 1 1

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7

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solar energy

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MICHAEL GRÄTZEL (8 ARTÍCULOS INDEXADOS) Afiliación: Escuela politécnica Federal de Lusanne. Teléfono: [+41 21 69] 33112, 33115 Código Postal: EPFL SB ISIC LPI

CH G1 526 (Bâtiment CH) Station 6 CH-1015 Lausanne

Oficina: CHG1526 E-Mail: [email protected] Página web: http://people.epfl.ch/michael.graetzel Campos de conocimiento: Nanocrystalline junctions, Photovoltaic cells, Light energy conversion & storage, Lithium ion batteries, Molecular switches & displays, Photocatalysis.

Figura 8. Red de trabajo de Michael Grätzel.

CRAIG A GRIMES (6 ARTÍCULOS INDEXADOS) Ciudad: University Park Estado: Pensilvania Codigo Postal: 16802 Teléfono: (814) 865-9142

mailto:[email protected]

http://people.epfl.ch/michael.graetzel



Fax: (814) 865-2326 E-Mail: [email protected] Sitio Web: http://nanoparticlelibrary.net/contributor.asp?ID=40 Areas de interés: Sensors, Nano-dimensional materials, Electromagnetism, Wave Propagation in Material Media.

Figura 8. Red de trabajo de Craig A. Grimes.

YUJI WADA (6 ARTÍCULOS INDEXADOS ) Afiliación: Department of Material and Life Science

Graduate School of Engineering Osaka University

Dirección: Yamada-oka Suita, Osaka 565-0871, Japan Fax: (+81) 6-6879-7875 E-mail: [email protected] Áreas de interés: Chemistry, Materials Science, Engineering, Physics and Astronomy, Energy, Chemical, Engineering, Biochemistry, Mathematics, Agricultural and Biological Sciences, Computer Science.


http://nanoparticlelibrary.net/contributor.asp?ID=40




Figura 9. Red de trabajo de Y Wada.

SUSUMU YOSHIKAWA (6 ARTÍCULOS) Afiliación: Institute of Advanced Energy, Kyoto University Dirección: Uji,Kyoto 611-0011 Teléfono: +81 774 38 3504, +81 774 38 3507 Fax: +81 774 38 3508 E-Mail: [email protected] Áreas de interés: Materials Science, Chemistry, Engineering, Chemical Engineering, Biochemistry, Physics and Astronomy, Energy, Immunology and Microbiology, Computer Science, Mathematics. INSTITUCIONES LÍDERES Se presenta una lista de las instituciones más dadas a investigar sobre el tema. En la

figura 10 se presentan las 20 primeras entidades, organizadas de mayor a menor número

de artículos publicados, indexados en scopus. Luego se revisan las redes de colaboración

entre estas. Se resalta el hecho que no haya establecimientos latinoamericanos dentro de

esta lista.




Figura 10. Primeras 20 Universidades investigadoras en Celdas de Grätzel.

La Academia China de Ciencias con 10 artículos dentro de los 303 estudiados, le siguen la Universidad de Kioto, Japón y la Universidad Estatal de Pensilvania, EEUU, con 7 indexaciones. Posteriormente aparece el Laboratorio de Nacional de Energía Renovable de EEUU con 6 artículos. Se destaca que en los 10 primeros puestos aparecen entidades de China, Japón, EEUU, Reino Unido principalmente.

Figura 11. Red Primeras 20 Universidades investigadoras.

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De las 20 primeras Instituciones que estudian el tema, solo se han presentado 4 grupos

de trabajo, el principal de ellos, agrupa 4 universidades de Japón, además, entidades de

China y Suiza se han unido para colaborar en un artículo, Otra colaboración identificable

entre los líderes es el que une la Universidad de Bath (Reino Unido) y la Universidad

Friedrich Alexander Erlangen-Nuremberg (de Alemania). La última cooperación entre

universidades se presenta con las instituciones imperial College London y Upssala

University de Inglaterra y Suecia.

Las otras instituciones no se han aliado con las 20 principales universidades,

posiblemente tengan alianzas con otras entidades que no se han tenido en cuenta.

Nótese como la Universidad Estatal de Pensilvania, siendo una de las entidades líderes,

trabaja aisladamente.

PAISES LÍDERES

Los países que lideran el tema de investigación sobre Celdas solares a base de Dióxido

de Titanio se muestran. Figura 11. Un gráfico de temperatura muestra geográficamente la

ubicación de los investigadores. Figura 12. Además, se presenta la gráfica de

colaboración entre estos. Figura 13.

Figura 11. Países líderes en publicaciones.

En este caso, y para los 303 artículos estudiados, Estados Unidos lidera las

investigaciones en el tema. Seguido por Japón, China y Corea del Sur. A mayor distancia

se hallan Reino Unido, Australia y Alemania. Suiza, país que inició las investigaciones con

el profesor Michael Grätzel ocupa el puesto 8. El primer país de Sudamérica en aparecer

es Brasil, y el segundo es México.

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Figura 11. Países líderes en publicaciones.

En este caso se pueden destacar los países que escriben sobre Celdas de Grätzel en los

artículos recuperados para el estudio. Se nota la baja inversión intelectual en el tema

dentro de Sudamérica. También se nota el potencial de Estados Unidos, China, Japón,

Australia y algunos países Europeos. En oriente medio se trabaja también el tema así

como en el resto de Asia. Se aprecia el surgimiento del continente Africano en el estudio

del tema.



Figura 13. Red países líderes en publicaciones.

Se nota la cotidianidad de las contribuciones entre países para la investigación. Se

presenta la red principal de conformada por Estados Unidos, Japón y China. Así como los

principales países que le aportan a sus desarrollos.



PATENTES

Inicialmente, se estableció una búsqueda en WIPO1. Se obtuvo 79 resultados para esta exploración, usando como palabra clave en la búsqueda (titanium dioxide solar cell). En primer lugar, se muestran las patentes dentro de esta base de datos, diferenciadas por oficina donde están radicadas. La principal oficina de patentes en este caso es La de Corea, le sigue la PTC2 y significativamente cerca la EPO3. Posteriormente, se presentan estas patentes por discriminadas por año. En este caso, se nota un crecimiento constante desde 2002 hasta 2006. Luego de un descenso en la asignación de patentes durante 2007 y 2008, en 2009 se retomo el crecimiento para en 2011 alcanzar un punto máximo.

Figura 14. Patentes por fuente. Obtenido de WIPO.

Figura 15. Patentes por años. Obtenido de WIPO.

Se adelanto una búsqueda en la base de datos espacenet, en este caso con la palabra clave “titanium dioxide solar cell” se obtuvo un resultado de 272 patentes. Se accedió a las patentes mas relevantes convenientemente con las búsquedas realizadas, y teniendo en cuenta la pertinencia con el tema. Búsquedas patentes

1 World Intellectual Property Organization 2 Patent Cooperation Treaty 3 European Patent office

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ESTADO DEL ARTE Con el objetivo de ilustrar algunas ideas en este tema, se procede a analizar nuevas técnicas y estudios sobre celdas solares basadas en dióxido de titanio en las base de datos de artículos científicos que se consideraron para este estudio. Luego de fitrar estas búsquedas, se procede a seleccionar y explorar los artículos referidos. Recent progress in mesoporous Titania materials: Adjusting morphology for innovative applications. Es un review que presenta desarrollos recientes en materiales porosos basados en dióxido de titanio. Se revisan aplicaciones emergentes en fotocatálisis, sensores y elementos fotovoltaicos. (Vivero-Escoto, Chiang, Wu, & Yamauchi, 2012). Nano-TiO2 for dye-sensitized solar cells. Recopilación de recientes investigaciones en la nano-estructura del dióxido de titanio, para el mejoramiento del desempeño de las celdas solares sensibilizadas por colorante o celdas de Grätzel. (Baraton, 2012) Solid-state dye-sensitized and bulk heterojunction solar cells using TiO 2 and ZnO nanostructures: Recent progress and new concepts at the borderline. Se hace un recuento de los recientes avances y nuevos conceptos en celdas solares hibridas entre dye-sensitized solar cells (DSSC) y bulk heterojunction (BHJ). Basadas en dióxido de titanio y en óxido de zinc. (Bouclé & Ackermann, 2012) Synthesis and characterization of TiO 2/ZnO core/shell nanomaterials for solar cell applications. Se propone una nueva superficie de dióxido de titanio recubierto por óxido de zinc que genera un aumento del voltaje de circuito abierto. (Kanmani & Ramachandran, 2012) The Grätzel cell: Where next? Es un review que realiza un recuento de los 20 años de investigación en celdas solares basadas en dióxido de titanio, a partir del artículo de Grätzel. Presenta una visión personal de nuevos acercamientos o temas estratégicos de investigación en el tema. (Peter, 2011). Doped TiO2 and TiO2 nanotubes: Synthesis and applications. Es el resultado de una investigación en cuanto a las aplicaciones de los nanotubos de dióxido de titanio dopado. Reporta las aplicaciones en foto-electro-química como las celdas solares. (Nah, Paramasivam, & Schmuki, 2010) A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films. Es la columna vertebral del tema tratado. Es citado en cada uno de las publicaciones en el área de estudio. Presenta experimentos sobre las celdas solares basadas en dióxido de titanio. Es un artículo técnico que muestra las ventajas de este tipo de celdas, su estabilidad y su bajo costo. (O’Regan & Grätzel, 1991).



REFERENCIAS

Baraton, M.-I. (2012). Nano-TiO2 for dye-sensitized solar cells. Recent Patents on Nanotechnology, 6(1), 10–

15.

Bouclé, J., & Ackermann, J. (2012). Solid-state dye-sensitized and bulk heterojunction solar cells using TiO2

and ZnO nanostructures: Recent progress and new concepts at the borderline. Polymer

International, 61(3), 355–373.

Kanmani, S. S., & Ramachandran, K. (2012). Synthesis and characterization of TiO2/ZnO core/shell

nanomaterials for solar cell applications. Renewable Energy, 43, 149–156.

Nah, Y.-C., Paramasivam, I., & Schmuki, P. (2010). Doped TiO2 and TiO2 nanotubes: Synthesis and

applications. ChemPhysChem, 11(13), 2698–2713.

O’Regan, B., & Grätzel, M. (1991). A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2

films. Nature, 353(6346), 737–740.

Peter, L. M. (2011). The Grätzel cell: Where next? Journal of Physical Chemistry Letters, 2(15), 1861–1867.

Vivero-Escoto, J. L., Chiang, Y.-D., Wu, K. C.-W., & Yamauchi, Y. (2012). Recent progress in mesoporous

titania materials: Adjusting morphology for innovative applications. Science and Technology of

Advanced Materials, 13(1).

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