Energia solar Origens & conversões Prof. Dr. André Sarto Polo

Transcrição

1 Energia solar Origens & conversões Prof. Dr. André Sarto Polo Centro de Ciências aturais e Humanas UFABC

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4 Fontes Alternativas

5 Espectro solar 1,8 1,6 Irradiância espectral / W.m -2 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, / nm Visivel = 44% do total da luz solar incidente

6 U.S. Department of Energy media/bes/pdf/reports/files/ seu_rpt_print.pdf

7 Aproveitamento da luz solar The production of 20 TW of power, the world s mid-century projected demand, would require covering0.16 % of Earth s land (red squares) with 10%-efficient solar panels (courtesy of Prof. athan Lewis, Caltech, Pasadena).. Armaroli and V. Balzani, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 2007, 46,

8 Distribuição da radiação solar no Brasil

9 Conversão 1 Luz solar em energia Herschel térmica

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11 Conversão 2 Luz solar em energia elétrica

12 Teoria de bandas

13 Teoria de bandas Isolante Semicondutor Condutor CB E gap VB CB = Banda de condução VB = Banda de valência

14 Dopagem Semicondutor ( 14 Si) Si: 15 P Si: 5 B CB Tipo n Tipo p VB CB = Banda de condução VB = Banda de valência h + = Buraco

15 15

16 Teoria de bandas CB e - E gap hn VB h + CB = Banda de condução VB = Banda de valência h + = Buraco

17 Silício Ocorrência: SiO 2 Obtenção: SiO 2(l) +2C (s) Si (l) + 2CO (g) PF ( C)~ Purificação SiCl 2(l) +2H 2(g) Si (s) + 4HCl (g) Refino por zona

18 Células solares de junção p-n Silício monocristalino Silício policristalino Silício amorfo

19 Funcionamento

20 Vantagens

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22 CÉLULAS SOLARES SESIBILIZADAS POR CORATES

23 Células Solares Sensibilizadas por Corantes Dispositivos que convertem a luz solar em eletricidade Concepção diferente das células solares de junção p-n Aumento da eficiência devido a utilização de semicondutor mesoporoso e nanoestruturado Inovações publicadas por Grätzel no início da década de 90

24 Células Solares Sensibilizadas por Vantagens Utilização de materiais baratos Processos simples Possibilidade de transparência Tempo de vida estimado em 20 anos Corantes Fachada envidraçada do Swiss Tech convention Center EPFL ( A.S. Polo, M.K. Itokazu, and.y. Murakami Iha, Coord. Chem. Rev. 2004, 248,

25 Células Solares Sensibilizadas por Corantes Contra-eletrodo Catalisador Vidros condutores

26 Células Solares Sensibilizadas por Corantes Filme nanocristalino mesoporoso de TiO 2

27 Células Solares Sensibilizadas por Corantes Corantes sensibilizadores

28 Células Solares Sensibilizadas por Corantes Mediador (I 3- /I - em nitrilas)

29 Células Solares Sensibilizadas por Corantes

30 Características para corantes sensibilizadores Absorção de luz visível Adsorção química ao semicondutor Rapidamente regenerados pelo par redox do mediador Possuir níveis de energia adequados para injetar elétrons na BC do semicondutor

31 Células Solares Sensibilizadas por Corantes Sintéticos cis-[bis-(ácido 4,4 -dicarboxílico-2,2 -bipiridina)di- (isotiocianato)rutênio(ii)], 3 h = 11,04 %; J sc = 17 ma cm -2 ; V oc = 0,87 V M. Grätzel, Current Applied Physics 6S1 (2006) e2 e7

32 Células Solares Sensibilizadas por Analisando o 3! Corantes Sintéticos O OH O OH O OH Ru (II) SC CS O OH Md. K. azeeruddin et al, Inorg. Chem. 1999, 38,

33 Células Solares Sensibilizadas por Analisando o 3! Corantes Sintéticos O OH MLCT Ru-dcbH2 O OH O OH 1,4 1,2 1,0 / 10 4 L.mol -1 cm -1 Ru e - (II) 0,8 SC CS O OH 0,6 0,4 0,2 0, / nm

34 Células Solares Sensibilizadas por Corantes Sintéticos Usando o conhecimento do 3! O OH O OH CH 3 OH OH O O Se CH Ru Ru 3 SC SC CS CS Se Z907 η = 6.2% O OH SC O O - Ru CS a + S S C105 η = 10.06% C101 η = 11.3% Gao, F. et al., J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, ; Wang, P., et al., ature Materials, 2003, 2, 498.

35 Células Solares Sensibilizadas por Corantes Sintéticos Usando o conhecimento do 3! O OH O OH O OH O OH SC Ru CS O OH SC Ru CS O OH SC Ru CS O O - + (C4 H 9 ) 4 OH O SC Ru CS Onozawa-Komatsuzaki,., et al., ew Journal of Chemistry, 2006, 30, 689. Reynal, A., et al., European Journal of Inorganic Chemistry, 2008, Sun, Y.L., et al., Acs Applied Materials & Interfaces, 2010, 2, 2039.

36 Células Solares Sensibilizadas por Corantes Sintéticos Usando o conhecimento do 3! O OH OH O Ru (II) SC CS

37 Medidas de desempenho Espectro de ação de fotocorrente (IPCE) Curvas de corrente versus potencial (IV)

38 IPCEs cis-[ru(phen)(dcbh 2 )(CS) 2 ] cis-[ru(ph 2 -phen)(dcbh 2 )(CS) 2 ] cis-[ru(me 2 -phen)(dcbh 2 )(CS) 2 ]

39 IV

40 IV cis-[ru(phen)(dcbh 2 )(CS) 2 ] cis-[ru(ph 2 -phen)(dcbh 2 )(CS) 2 ] cis-[ru(me 2 -phen)(dcbh 2 )(CS) 2 ]

41 Conversão 3 Luz solar em energia química

42 Fotossíntese Artificial Obtenção de produtos de alto conteúdo energético a partir de reagentes simples e luz. MIMETIZAR O SISTEMA FOTOSSITÉTICO Armazenar a energia luminosa em produtos químicos

43 Fotossíntese Artificial e-

44 CALTECH Investimento aproximado USD 50 milhões

45 MIT / Harvard

46 UC

47 Uppsala Universitet

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