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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
 
Autor: Nonô, Rogério Silva
Título: Preparação de Filmes de TiO2 para Aplicação em Células Solares de Corante
Ano: 2005
Orientador: Prof. Dr. Marco-Aurelio De Paoli
Coorientadora: Profa. Dra. Claudia Longo
Departamento: Química Inorgânica
Palavras-chave: Óxido de titânio, Células solares de corante, Conversão de energia, Energia solar
Resumo: A estrutura e a morfologia dos filmes de TiO2 exercem uma grande influência na eficiência de conversão de energia das células solares de TiO2/corante, principalmente quando estes dispositivos são preparados com eletrólitos poliméricos. O objetivo deste trabalho consistiu em otimizar os filmes de TiO2 visando obtê-los com uma morfologia porosa mais adequada à aplicação em células solares que utilizam eletrólito polimérico. Os filmes de TiO2 foram depositados em eletrodos transparentes de vidro-FTO ("Fluorine doped tin oxide") utilizando suspensões do óxido obtidas por diferentes técnicas. As suspensões aquosas do óxido foram obtidas por síntese sol-gel a partir da hidrólise e condensação de isopropóxido de titânio e estabilizadas com poli(etileno glicol). Os filmes também foram preparados pela técnica "template", utilizando membranas porosas de acetato de celulose como molde para que os poros da membrana fossem utilizados como padrão para o óxido. Após a deposição de filmes da suspensão de TiO2, esses foram submetidos a uma etapa de tratamento térmico a 450 °C para eliminação do material orgânico. Os óxidos foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura, difração de raios-X, termogravimetria, medidas de rugosidade, espessura, tamanho de partículas, análise elementar e espectroscopia de absorção na região UV-vis. Os filmes de TiO2 foram sensibilizados com um corante de rutênio (N3, Solaronix) e utilizados como fotoeletrodos na montagem de células solares com eletrólito polimérico (poli(óxido de etileno-co-epicloridrina)84:16, NaI e I2). As células foram investigadas por curvas de fotocorrente em função do potencial e por espectroscopia de impedância eletroquímica, para se avaliar a eficiência destes dispositivos na conversão de energia. Os melhores resultados foram obtidos utilizando fotoeletrodos com duas camadas de TiO2 depositados sobre vidro-FTO. Estas células apresentaram uma corrente de curto circuito Isc = 3,8 mA cm, um potencial de circuito aberto Voc = 0,75 V e uma eficiência na conversão de energia h = 1,3 % (h = 2,6 % sob 10 mW cm). A técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica revelou que a resistência em série das células aumentou com os fotoeletrodos de dupla camada, mas esta metodologia melhorou a adesão dos filmes de TiO2 no substrato condutor, e aumentou a eficiência dos dispositivos.
Abstract: The structure and morfology of TiO2 films provide a great influence in the eficiency of light conversion to energy in the solar cells of TiO2/dye, mainly when these devices are prepared with polymer electrolyte. The goal of this work consisted in optimize the TiO2 films aiming to get films with porous structure and more suitable to apllied in solar cells with polymer electrolyte. The TiO2 films were deposited onto glass-FTO ("Fluorine doped tin oxide") utilizing TiO2 suspensions prepared by differents methodologies. Aqueous suspensions of oxide were obtained by sol-gel route from hydrolysis and condensation of titanium isopropoxide stabilized with poly(ethylene glycol). The films were prepared by template technique, utilizing porous celulose acetate membranes, the material produced has large porous structures inherited from the initial membrane form. After the deposition of films of TiO2 suspension, the photoelectrodes were submited to a thermal tratament the 450 °C to eliminate organic material. Oxides films were characterized by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, thermogravimetry, rugosity and thickness measurements, particles size, elementar analysis and absorption spectroscopy. The TiO2 films were sensitized with a Ruthenium dye (N3, Solaronix) and used as photoelectrodes in the assemble of solar cells with polymer electrolyte (poly(ethylene oxide-co-epichlorohydrin)84:16, NaI e I2). The devices were investigated through photocurrent versus potential curves and electrochemistry impedance spectroscopy. Better results were obtained when we used photoelectrodes with double layer of TiO2 films deposited onto glass-FTO. This cells presented, short circuit current Isc = 3.8 mA cm, open circuit potential Voc = 0.75 V and efficiency h = 1.3 % (h = 2.6 % under 10 mW cm). Electrochemistry impedance spectroscopy revealed that the series resistance of cells increased with two films, but this methodology enhanced the adhesion of the TiO2 film onto glass-FTO, and improved the efficiency of the cells.
Arquivo (Texto Completo): 000350402.pdf ( tamanho: 4,75MB )

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