Células solares TiO2/corante

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Preparação, caracterização e aplicação de eletrólitos polímericos gel em células solares TiO2/corante

Preparação, caracterização e aplicação de eletrólitos polímericos gel em células solares TiO2/corante

valores de 2,1 x 10 -3 S cm -1 e após a adição de 8% (massa) dessa molécula a condutividade medida foi de 1,8 x 10 -3 S cm -1 . Portanto, o efeito de redução da fotocorrente está diretamente relacionado ao deslocamento da borda da banda de condução do óxido semicondutor para maiores energias 16 . Esse comportamento diminui a força motriz necessária para a injeção dos elétrons dos níveis excitados do corante na banda de condução do óxido semicondutor reduzindo, portanto, a fotocorrente 16 . Apesar da fotocorrente diminuir com o acréscimo de TBP no eletrólito, o aumento do Voc compensa essa queda e a eficiência da célula solar aumentou de 3,6% sem adição de TBP para 4,1% ao se adicionar 6% de TBP (massa). Assim, a adição de TBP no eletrólito mostrou-se satisfatória para aumentar a eficiência de conversão de energia das células solares preparadas com eletrólito polimérico gel P(EO/EM)/GBL/LiI/I2. Esse efeito reforça a hipótese de que a eficiência dos dispositivos montados utilizando eletrólito polimérico é limitada por processos de recombinação nas interfaces (recombinação: elétrons da banda de condução do TiO 2 com eletrólito e cátion do corante). Outra abordagem interessante para aumentar a eficiência das células solares é a incorporação de éter coroa no eletrólito.
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Células solares de TiO2 sensibilizado por corante.

Células solares de TiO2 sensibilizado por corante.

Com o objetivo de melhorar o desempenho das CSNS v´arios estudos est˜ao sendo executados em diver- sos laborat´orios. Do ponto de vista experimental pode- se utilizar outro tipo de pigmento ou corante utilizado na CSNS e comparar os resultados das eficiˆencias. Es- tudos te´oricos, por outro lado, procuram desenvolver modelos que descrevem o processo de recombina¸c˜ao cin´etica dos portadores de carga em uma CSNS. Estu- dos foram feitos usando a teoria de transporte de massa em part´ıculas com caminhadas aleat´orias usando para isso a equa¸c˜ao de difus˜ao [9]. O entendimento f´ısico do que ocorre no interior de uma CSNS ´e fundamental para a constru¸c˜ao destas c´elulas com melhor desempenho.
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Desenvolvimento de filmes de TiO2 para a aplicação em células solares de Grätzel

Desenvolvimento de filmes de TiO2 para a aplicação em células solares de Grätzel

A primeira diferença em termos fotovoltaicos das três fases é o hiato, a fase que apresenta um menor hiato é o rutilo com 3,0 eV, de seguida tem-se a anatase com 3,2 eV e por fim a brookita com 3,5 eV. Este facto indica que a taxa de recombinação dos eletrões foto gerados será maior para células que usem rutilo e menor para as que usam brookita. De facto (Hurum et al. 2003) demonstraram que a taxa de recombinação da anatase é 10 vezes mais pequena que a do rutilo. É consensual na literatura que a melhor fase cristalina do dióxido de titânio para a construção de células solares sensibilizadas por corante é a anatase. Embora existam muitos estudos sobre a utilização de rutilo, a utilização de brookita é muito pouco citada, sendo apenas referida por alguns autores como uma fase a evitar (Z.-S. Wang et al. 2004).
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Produção e caracterização de células solares fotossensibilizadas por corante baseadas em filmes finos de titanatos e óxidos metálicos nanoestruturados

Produção e caracterização de células solares fotossensibilizadas por corante baseadas em filmes finos de titanatos e óxidos metálicos nanoestruturados

condução é cerca de 0,4 V mais positivo do que o TiO2. 9 Pesquisas sobre células solares sensibilizadas por corantes baseadas em eletrodos de nanopartículas de SnO2 mostram baixa eficiência de conversão de luz em potência. 10-13 A baixa eficiência está em parte relacionada às propriedades intrínsecas do SnO2. Uma das deficiências do eletrodo de SnO2 é a pequena diferença de energia entre o potencial da banda de condução e o potencial redox de I − / I 3 - , resultando em fraca fotovoltagem. Além disso, em comparação com o TiO2, a recombinação de elétrons é de 2 a 3 ordens de grandezas mais rápida tanto com as moléculas de corantes oxidizados quanto com o I 3 no eletrólito. A absorção do corante também é baixa devido ao baixo ponto isoelétrico. O Trabalho com CSSCs mostra que elas são extremamente sensíveis às condições de preparação, como o método de preparação da pasta, a espessura do filme, bem como o tamanho e a morfologia da camada ativa 14-16 , por exemplo, o grupo de pesquisa Toupance 14 trabalhou com tamanho e forma de nanopartículas de SnO 2 para aumentar a eficiência. Yangand et al 16 fizeram algumas pesquisas sobre a camada de filme de SnO 2 . O SnO 2 como um importante semicondutor de largo gap do tipo n (por exemplo = 3,64 eV, 330 K) com uma grande energia de ligação electrônica de 130 mV tem uma vasta gama de aplicações, tais como dispositivos sensoriais de gás e umidade 17,18 materiais de eletrodos de íons de lítio 19 células solares 20 e dispositivos emissão de campo 21 . Exitem vários métodos de sínteses físicos-químicas de nanostruturas de SnO2 incluindo sol gel 22 , deposição química de vapor 23 , evaporação térmica 24 e aquecimento por microondas 25 . Até agora, síntese de SnO2 em várias formas, incluindo nanofios 26 , nanotubos 27 , nanofolhas 28 nanoesferas 29 , já foram relatadas.
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Produção de nanotubos de TiO2 visando sua aplicação em células solares

Produção de nanotubos de TiO2 visando sua aplicação em células solares

onde foi possível obter matrizes de nanotubos altamente ordenadas, e formar matrizes de nanotubos com padrões geométricos, para aplicação em células solares, sensores integráveis e cristais fotônicos. Porém nesse trabalho, os nanotubos foram utilizados somente para fabricar as células solares sensibilizadas por corante. Foram produzidas células solares utilizando lâminas de vidro cobertas por ITO e FTO, lâminas de titânio sem polimento, lâminas de Ti eletropolidas e também lâminas polidas utilizando polimento químico. Os processos de eletropolimento e polimento químico foram realizados para a obtenção de matrizes de nanotubos mais uniformes e células solares mais eficientes,utilizando esses processos foi possível obter células solares com curvas de J - V bem definidas e com fator de preenchimento (FF) de 0,5.
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Open Montagem e caracterização de células solares fotovoltaicas de TiO2.

Open Montagem e caracterização de células solares fotovoltaicas de TiO2.

O efeito fotovoltaico foi descoberto por Becquerel em 1893 se mantendo avançado na geração de energia elétrica através de células solares até os dias de hoje. Existem várias usinas solares com grande capacidade de geração em pleno funcionamento. Embora as células solares de silício cristalino, classificadas como células solar de primeira geração, ainda dominem o mercado mundial, as chamadas células solares de terceira geração apresentam características como leveza e flexibilidade. Além de posibilitar superar o limite de Shockley-Queisser (trata da eficiência de produzir energia com junção p-n) que as tornam potenciais candidatas para futuramente suprir grande parte da demanda energética. Entre as chamadas células solares de terceira geração, destacam-se as células solares sensibilizadas por corante (DSSCs). Essas céluals são montadas com materiais nanoestruturados, conhecidas também por células solares fotovoltaicas ou células solares híbridas por utilizar materiais orgânicos e inorgânicos. Seus primeiros estudos foram no inicio da década de 90 pelo pesquisador Michael Gratzel.
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Desenvolvimento de plataformas nanoestruturadas de TiO2 para células solares de terceira geração

Desenvolvimento de plataformas nanoestruturadas de TiO2 para células solares de terceira geração

A energia solar é uma das mais promissoras fontes de energia dentre todo o grupo de energias renováveis. A pesquisa em células solares, que convertem a energia solar em energia elétrica, vem sendo amplamente estudada e atualmente estes dispositivos já estão em sua terceira geração de tecnologia e fabricação. Entre as células de terceira geração, a com maiores pesquisa e visibilidade, chegando recentemente a eficiência de 20%, é a célula solar sensibilizada por corante, ou DSSC. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um tipo diferenciado de plataforma de TiO2, que é uma das principais interfaces das DSSC, que prioriza o aumento de área superficial de contato com a interface absorvedora de fótons, perovskita geralmente. Para viabilidade desse objetivo desenvolveu-se uma metodologia original baseada na síntese de nanoesferas de poliestireno, fabricação de máscaras coloidais em óxido de índio-estanho (ITO), através do processo de spin-coating, e deposição potenciostática de TiO2 sobre as nanoesferas com a utilização de eletrossíntese catódica. Demonstrou-se que a densidade de carga ótima de deposição está na faixa entre 40 e 50 mC/cm² e que a ordenação correta das esferas, alcançada apenas com o uso de sínteses onde as esferas são monodispersas, é necessária para que a nanoestruturação alcance os resultados desejados de padronização. Máscaras coloidais de ordenamento compacto são a garantia de obtenção do padrão nanoestruturado de TiO2 e, portanto, são o primeiro objetivo em trabalhos futuros na mesma área.
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Efeito da adição de líquidos iônicos à composição de eletrólitos aplicados a células solares sensibilizadas por corante

Efeito da adição de líquidos iônicos à composição de eletrólitos aplicados a células solares sensibilizadas por corante

of the electrolyte ionic conductivity. The IMPS/VS results demonstrated the main role of the additives in increasing the electron lifetime in the device. The back reaction was checked with the charge extraction curves, which was possible to prove that the additives avoid the electron loss. The BTDCVI showed a better result because not allow the formation of supramolecular aggregates near the dye sensitizer, but also has a contra-ion with smaller ionic radius. The actuation mechanisms suggested of the Additive 1 and Additive 2 were based on two important steps: attraction and adsorption of the additive on the semiconductor surface. This adsorption of the additives promoted a protective layer on the TiO2 surface, which avoids the reached of the triiodide to the the electrons in the conduction band of the semiconductor. Hence, this process decreased the back reaction and increase the electron lifetime. Moreover, when the additives were not adsorbed on the semiconductor surface, it was suggested that the compounds act in the decreasing of the availability of free triiodide ions in the solution, while the BTDCVI additionally showed increase of the availability of free iodide ions. Thereby, it is proposed a synergic action of the cited mechanisms for the improvement of the dye sensitized solar cells sensitized with additives in the electrolyte composition.
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Caracterização de Fotoanodos a Base de Tio 2 :Eu 3+ para Aplicação em Células Solares Sensibilizadas por Corante

Caracterização de Fotoanodos a Base de Tio 2 :Eu 3+ para Aplicação em Células Solares Sensibilizadas por Corante

KAKIAGE, K., AOYAMA, Y., YANO, T., OYA, K., FUJISAWA, J., HANAYA, M., Highly- efficient dye-sensitized solar cells with collaborative sensitization by silyl-anchor and carboxy-anchor dyes, Chemical communications, v. 51, p. 15894-15897, 2015. KHAN, S., Semiconductor Devices and Technology, Shahriar Khan, p. 52-56, 2012. KUMAR, V. SWAMI, K. S., KUMAR, A., NTEAEABORWA, O. M., DUTTA, V., SWART, H. C., Eu3+ doped down shifting TiO2 layer for efficient dye-sensitized solar cells, Journal of Colloid and Interface Science, v. 484, p. 24-32, 2016.

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de células solares fotoeletroquímicas utilizando nanopartículas de TiO2 e nanotubos de titanatos  pela mesoporfirina

de células solares fotoeletroquímicas utilizando nanopartículas de TiO2 e nanotubos de titanatos pela mesoporfirina

O efeito fotovoltaico é observado em várias moléculas biológicas importantes como carotenos, clorofilas e outras porfirinas, assim como em algumas estruturas de ftalocianinas. 37,38 Para que o corante alcance vida útil próxima de 20 anos, ele deve apresentar estabilidade de modo a realizar aproximadamente 108 ciclos de oxidação–redução. O corante deve apresentar um potencial redox adequado em relação ao nível de Fermi do semicondutor e em relação ao mediador de cargas redox presente no eletrólito para garantir a eficiência dos processos de injeção de cargas e regeneração. Os corantes que apresentam melhores resultados em termos de conversão e longa estabilidade são os compostos contendo complexos polipiridínicos de Rutênio(II). Estes complexos apresentam uma intensa banda de transferência de carga metal-ligante, onde os grupos carboxílicos têm a capacidade de ligar-se eletronicamente entre o sensibilizador e a superfície do TiO 2 . Entretanto, estes compostos possuem alto custo
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Estudo de novos eletrolitos polimericos e aplicação em celulas solares de TiO2/corante

Estudo de novos eletrolitos polimericos e aplicação em celulas solares de TiO2/corante

acima de tudo, a necessidade da combinações de propriedades nos materiais para um melhor desempenho dos dispositivos montados. Os efeitos conjuntos proporcionados pela utilização de P(EO-EM)/DIB e P(EO-PO)/MPII revelaram que a garantia de bons parâmetros fotovoltaicos depende não só das propriedades intrínsecas de cada componente, mas também das propriedades sinérgicas advindas de suas combinações. Desta forma, a avaliação de novos aditivos aos eletrólitos apresentados neste trabalho poderia contribuir para a melhora nos parâmetros obtidos pelas células solares, tais como a adição de terc-butilpiriridina e tiocianato de guaninidina, reportados na literatura como supressores eficientes das reações de recombinação do elétron injetado no TiO 2 com espécies I 3 − . Estas
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Desenvolvimento e caracterização de módulos solares de células de TiO2/corante com eletrólito gel

Desenvolvimento e caracterização de módulos solares de células de TiO2/corante com eletrólito gel

Diferentes grupos de pesquisa utilizando materiais e procedimentos semelhantes chegam a resultados divergentes. É necessário que dentro de um mesmo grupo tais resultados não sejam discrepantes, para viabilizar análises e aprimoramento de processos. Neste estágio laboratorial é importante que os resultados sejam reprodutíveis, para tal fim as células devem ser montadas seguindo um padrão rígido, e controlado, procurando-se evitar fatores externos e humanos que possam influenciar nas análises subsequentes. O desenvolvimento de novos materiais envolve a necessidade de um padrão referencial a fim de permitir comparação e verificar as novas propriedades e alterações resultantes .
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Eletrólitos poliméricos de poli(óxido de etileno) e polifluorestos para aplicação em células solares de TiO2/corante

Eletrólitos poliméricos de poli(óxido de etileno) e polifluorestos para aplicação em células solares de TiO2/corante

Após 300 horas sob irradiação observaram queda da eficiência em mais de 70% do valor inicial, porém, desde então até o final dos experimentos 522 horas, a eficiência da célula permaneceu[r]

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Síntese de filmes de perovskita organometálica sobre FTO/TiO2 mesoporoso e caracterização de suas propriedades para aplicação como células solares

Síntese de filmes de perovskita organometálica sobre FTO/TiO2 mesoporoso e caracterização de suas propriedades para aplicação como células solares

Ao longo de quase uma década destacam-se alguns marcos importantes no progresso nas células solares de perovskita. Sendo a principal, o primeiro dispositivo fotovoltaico relatado por Kojima et al. em 2009, que usaram perovskitas com haletos de bromo e iodo que foram empregados como sensibilizadores para fabricar células solares sensibilizadas por corantes [3]. Um grande avanço foi feito em 2012, quando Snaith e Lee perceberam que as perovskitas são estáveis se entrarem em contato com uma camada transportadora de buracos em estado sólido, assim conseguindo uma eficiência de 10,9% [9]. Houve em 2012 também um dos progressos em relação à simplificação no processo de deposição do filme de perovskita, devido a criação da deposição de uma etapa [10].
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PRINCIPAIS TIPOS DE CÉLULAS SOLARES

PRINCIPAIS TIPOS DE CÉLULAS SOLARES

As células solares de segunda geração, ou de filmes finos comerciais à base de silício amorfo, CIGS (seleneto de cobre, índio, gálio), CdTe (telureto de cádmio) ou CZTS (sulfeto de cobre, zinco, estanho), têm custo mais baixo, se comparado com as de silício cristalino, embora ainda exijam processos de produção envolvendo vácuo e tratamentos térmicos a altas temperaturas –, porém apresentam uma eficiência mais baixa que as anteriores. Já as células de terceira geração, ou de filmes finos emergentes, representam as tecnologias atuais mais pesquisadas no meio científico. São à base de materiais orgânicos, corantes, pontos quânticos ou perovskitas, e também englobam es- truturas mais complexas como as células tandem (ou multi-junção), células de portadores quentes e tecnologias de upconversion. Essas células envolvem a geração de múltiplos éxcitons, oferecendo a pos- sibilidade de ultrapassar os limites teóricos de eficiência de Shockley e Queisser (S-Q), associando elevada eficiência e baixo custo. 7,8,10
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Macrociclos tetrapirrólicos para células solares

Macrociclos tetrapirrólicos para células solares

A mistura reacional foi então neutralizada usando uma solução saturada de carbonato de potássio, e posteriormente procedeu-se à sua lavagem com água e a fase orgânica foi seca através [r]

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Eletroluminescência de células solares

Eletroluminescência de células solares

Verificou-se que a eletroluminescência é uma técnica de caracterização bastante prática e sensível à presença de defeitos em células solares de silício, fornecendo informação útil sobre as propriedades elétricas e do material. A comparação entre as imagens EL, ReBEL e termográficas de células mono e multicristalinas, permite identificar defeitos como fissuras, dedos cortados, curto-circuitos locais, problemas na metalização e centros de recombinação. Todos os defeitos mencionados são facilmente localizados nas imagens EL como zonas mais escuras ou heterogeneidades no padrão de luminescência. Nas imagens ReBEL, variando a tensão aplicada, é possível distinguir diferentes tipos de defeitos, no entanto, nem todos os defeitos visíveis na EL são visíveis nas imagens ReBEL, e vice-versa. Assim, como trabalho futuro, sugere-se um estudo mais aprofundado da informação contida nas imagens ReBEL, nomeadamente da correlação destas imagens com a imagem EL. Por fim, as imagens termográficas de células ligadas em polarização inversa permitem identificar zonas de perda de potência através do desenvolvimento de hotspots. Estas zonas, visíveis também nas imagens ReBEL, surgem de defeitos como fissuras, curto-circuitos e centros de elevada recombinação nas células de silício multicristalino, associados a aglomerados de impurezas metálicas em determinadas fronteiras de grão.
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Luminescência de células solares

Luminescência de células solares

O módulo apresenta uma grande percentagem de células partidas e com fissuras (assinaladas a verde). Estes defeitos surgem durante o processo de fabrico, operação e mau manuseamento dos módulos. Observando a moldura exterior das células do módulo verifica-se que estas apresentam metade da sua área escurecida, sendo que este defeito resulta das ligações danificadas entre as células, o que leva a que não exista injeção de corrente e, consequentemente diminuição da geração de portadores de carga e taxa de recombinação radiativa. Estes defeitos são classificados como defeitos extrínsecos ao módulo reduzindo a sua eficiência ao longo do tempo. Nenhuma destas falhas é observável a olho nu.
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Células solares "caseiras".

Células solares "caseiras".

Neste trabalho, constru´ımos uma c´elula solar “caseira”, utilizando um transistor de potˆencia 2N3055, e obser- vamos a resposta da c´elula quando submetida `a difer- entes iluminac¸ ˜oes, atrav´es de medidas de corrente por voltagem. Com isso, al´em de estudarmos o processo de convers˜ao luz em corrente el´etrica, pudemos tamb´em explorar experimentos simples utilizando a c´elula. ´ E importante destacar que a pesquisa em c´elulas solares como uma fonte de energia mais limpa e inesgot´avel (pelo menos nos pr´oximos bilh˜oes de anos) deve ser in- centivada em todo o planeta, principalmente em pa´ıses tropicais como o nosso. Ali´as, como disse Carl Sagan [6], “a vida na Terra ocorre quase que exclusivamente `a luz solar. Os vegetais re´unem os f´otons e convertem a energia solar em qu´ımica. Os animais parasitam as plantas. A agricultura ´e simplesmente a colheita met´odica da luz solar, utilizando plantas como inter- medi´arios forc¸ados. N´os somos, quase todos, movidos a energia solar.” Porque n˜ao aplicar esta ´ultima id´eia em todas as nossas atividades?
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Células solares de heterojunções híbridas

Células solares de heterojunções híbridas

A terceira geração de células fotovoltaicas surge numa tentativa de combinar cada uma das vantagens das duas gerações anteriores e de ultrapassar o limite de eficiência de Shockley- Queisser [11] (valor fixado em, aproximadamente, 30% para dispositivos baseados em junções p-n simples [12]). Esta terceira geração de dispositivos faz-se representar, fundamentalmente, por células solares orgânicas (CSO), células solares sensibilizadas por corante e, também, por células solares de perovskite. Este tipo de células apresenta diversas vantagens, das quais se podem destacar a facilidade dos processos de produção e o seu baixo custo. Porém, é de realçar que a este tipo de células estão associados certos problemas, que impedem a sua implementa- ção a larga escala. Por exemplo, no que respeita às CSO e apesar de estudos recentes reporta- rem eficiências na ordem dos 16% [9], é crucial haver melhorias no âmbito da sua resposta espectral e na estabilidade dos dispositivos. Por outro lado, as células de perovskite têm captado a atenção da comunidade científica desde a sua introdução na literatura, em 2009, com uma eficiência de conversão fotoelétrica de, apenas, 3,8% [13]. Em 2017, foi reportado o máximo (até à data) de eficiência deste tipo de células: 23,7%. Embora, num curto período de tempo, tenha havido um aumento significativo da eficiência destas células, a sua instabilidade constitui, ainda, uma desvantagem muito limitativa para futuras aplicações [14]. Em anexo (Anexo A) é apresen- tada uma tabela da evolução da eficiência de diferentes tipos de células solares desenvolvidos até à data.
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