Células Fotovoltaicas sensibilizadas por Corantes Orgânicos

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1 Células Fotovoltaicas sensibilizadas por Corantes Orgânicos Rio, 06 de Julho de 2012 Aluno: Ágatha Oliveira Orientador: Marco Aurélio Pacheco Co-Orientadora: Jacqueline Alves

2 Sumário: Considerações...pág 2 Introdução...pág 3 Esquema 1...pág 3 Desenvolvimento...pág 3 Figura 1...pág 4 Figura 2...pág 4 Conclusão...pág 5 Referências...pág 5 Considerações: Através da pesquisa eu pudi compreender a importância da inovação e do trabalho em equipe. Eu aprendi a fazer perguntas inéditas e a buscar as respostas através de experimentos e pesquisas constantes na literatura. Gostaria de agradecer ao meu Orientador Marco Aurélio Pacheco por essa oportunidade e a minha Co-Orientadora e Pós Doutoranda Jacqueline Alves, quem me ensinou tudo o que eu sei.

3 1. Introdução: Este projeto tem como foco a ENERGIA RENOVÁVEL de baixo custo e de fácil aplicação. Está baseado na concepção e no desenvolvimento de Células Solares DSSC ( Dye-Sensitized Solar Cells ) de nanoestruturas semicondutoras contendo os óxidos metálicos : Nb 2 O 5 e TiO 2. Os corantes fazem com que os óxidos absorvame vários comprimentos de onda de luz, inclusive as difusas. Essa característica permite uma eficiência muito alta, em teoria. Acreditamos que com mais desenvolvimento conseguiremos superar as eficiências de células feitas com o silício. O Esquema a seguir mostra o funcionamento de uma célula solar sensibilizada por corante orgânico: O corante orgânico recebe do eletrólito um elétron. As moléculas do eletrólito são reduzidas no eletrodo (recebem um elétron através do eletrodo). Para facilitar a redução das moléculas na superfície do eletrodo é depositado uma camada fina de grafite. Para haver fluxo da corrente elétrica é necessário ligar os dois a uma resistência de carga. Optou-se por trabalhar com o pentóxido de nióbio por dois grandes motivos: É abundante no Brasil e estudos recentes demonstram que pode ser empregado como meio semicondutor em células sensibilizadas por corantes orgânicos. 2. Desenvolvimento: 2.1 Preparo da emulsão (pasta de TiO 2 ) A emulsão foi preparada misturando o TiO 2, etanol e Triton- X-100 (para aumentar a adesão da emulsão à superfície do vidro recoberto com o filme de ITO). Em seguida, a emulsão foi colocada sob agitação durante 5 minutos e depois no ultrassom durante 1 hora, sendo esse procedimento realizado três vezes. 2.2 Deposição da pasta de TiO 2 - Preparação do anodo da célula A deposição da pasta de TiO 2 foi feita por espalhamento, em duas camadas, com o auxílio de um bastão de vidro. Depois desse procedimento, a pasta de TiO 2 foi sinterizada à 450 º C durante 30 minutos, Figura 1. Em outra placa de vidro recoberta com ITO foi depositado fuligem. Esta placa funciona como o catodo da célula, Figura 2. A área da pasta de TiO 2 depositada na placa de ITO é igual a 22,0 cm 2.

4 Figura 1 Pasta de TiO 2 sinterizada Figura 2 Fuligem depositada na placa de vidro recoberta com ITO Catodo 2.3 Preparação do eletrólito em gel Para preparar o eletrólito em gel, misturou-se 0,6 g de pectina cítrica, 10,78 ml de glicerina e 0,24 g de perclorato de lítio. Essa mistura foi colocada sob agitação vigorosa até total dissolução. Em seguida, foram adicionados 20 ml de água. A mistura foi aquecida a 70 o C sob agitação constante até completar a diluição. Depois, a mistura foi colocada em uma cuba na estufa por 48 horas para secar. 2.4 Extração dos corantes orgânicos Os corantes naturais extraídos foram de amora, Jamelão, cereja, jabuticaba, cenoura, beterraba e os corantes artificiais xarope de groselha, guaraná e mate. A extração dos corantes e os seus preparos foram baseados em algumas metodologias encontradas na literatura. 2.5 Montagem da célula A placa contendo a pasta de TiO 2 sinterizada foi submersa no suco filtrado da fruta por 24 horas. Depois desse período, foi feita a deposição do eletrólito em gel na placa de vidro contendo a pasta de TiO 2 sinterizada e com o corante orgânico. 2.6 Leitura das voltagens A leitura das voltagens de cada no osciloscópio (DSO 102A Agilent Technologies 60 MHz) com o auxílio de uma lâmpada incandescente de 60 watt no Laboratório de Semicondutores da PUC- Rio (LabSem). Figura 5- Leitura das voltagens de cada célula no osciloscópio.

5 3. Conclusão: Dentre os corantes testados, a sensibilização do corante extraído da Jabuticaba apresentou a maior voltagem, 330 mv. A leitura dos demais ficou, em média, igual a 145,4 mv. Pretende-se investigar outros corantes naturais, dentre eles o Açaí e a clorofila, tal como sua capacidade de sensibilização ao longo do dia. Em paralelo objetiva-se preparar e testar a eficiência de células com pentóxido de nióbio sensibilizadas pelos mesmos corantes para fins comparativos com o TiO 2. Referências: [1] Barnham, K., Duggan, G., A new approach to high-efficiency multi-band-gap solar cells, Applied Physics Letters, vol. 67, pp , 1990 [2] Barnham, K., Braun, B., Nelson, J., Paxman, M., Short-circuit current and energy efficiency enhancement in low-dimensional structure photovoltaic device, Applies Physics Letters, vol. 59, pp , [3] Ramey, S., Khoie, R., Modeling of Multiple-Quantum-Well Solar Cells Including Capture, Escape and Recombination of Photoexcited Carriers in Quantum Wells, IEEE Transactions on Electron Devices, 5, vol.50, pp , 2003.