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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
 
Autor: Freitas, Jilian Nei de
Título: Módulo de Células Solares de TiO2 Corante e Eletrólito Polimérico
Ano: 2005
Orientador: Prof. Dr. Marco-Aurélio De Paoli
Coorientadora: Profa. Dra. Claudia Longo
Departamento: Química Inorgânica
Palavras-chave: Célula solar, Módulo solar, TiO2, Eletrólito polimérico
Resumo: Investigaram-se células solares de TiO2/corante e eletrólito polimérico visando a construção de um módulo de 9 V. O filme de TiO2 depositado sobre substratos de FTO (fIuorine tin oxide) em vidro foi obtido a partir da modificação de uma suspensão comercial do óxido coloidal em água. Para obter um filme com bom desempenho, utilizou-se uma suspensão com 0,45 g mL à qual foi adicionado 33 % (m/m) de polietilenoglicol com massa molar 20000. O eletrólito empregado nas células consistiu de Nal e I2 dissolvidos em poli(óxido de etileno-co-epicloridrina) contendo os co-monômeros na proporção 87:13, respectivamente. A condutividade iônica máxima desse sistema ocorreu para uma concentração de sal de 15 % (m/m) em relação à matriz polimérica; 2,7 x 10 S cm sob umidade < 1,0 ppm e ~ 30°C. Com o objetivo de aumentar a condutividade iônica, adicionou-se g-butirolactona como plastificante, mantendo-se a concentração de sal em relação à massa de polímero. Observou-se um aumento de cerca de uma ordem de grandeza na condutividade iônica e no coeficiente de difusão das espécies eletroativas no eletrólito plastificado. A suspensão de TiO2 e o eletrólito otimizados foram utilizados na preparação de células solares com área ativa de 1,0 e 4,5 cm. As células menores foram irradiadas com uma lâmpada de Xe. Sob 10 mW cm foram obtidas eficiências de conversão de energia de 2-3 %. As células com área ativa maior foram caracterizadas diretamente sob o Sol e apresentaram eficiência média de 0,9 % (às 12 h). Estes dispositivos foram usados na montagem de módulos de16 células conectadas em série, produzindo 9 V de potencial e 183 mW (valor integrado em um dia). Em conclusão este trabalho demonstrou que, é possível construir um módulo com células solares de TiO2/corante preparadas com eletrólito polimérico plastificado. O desempenho do módulo excedeu as expectativas, sendo a estabilidade o principal desafio para permitir a sua futura aplicação em escala comercial.
Abstract: TiO2 dye-sensitized solar cells assembled with polymer electrolyte were investigated aiming at the construction of a 9 V module. The TiO2 film deposited on substrates of FTO (fluorine tin oxide) on glass was obtained through the modification of a colloidal oxide suspension in water . To obtain a film with good performance, a suspension containing 0.45 g mL of TiO2 and 33 wt % of polyethyleneglycol with molar weight of 20000 was employed. The electrolyte consisted of Nal and I2 dissolved in poly(ethylene oxide-co-epichlorydrin) containing the monomers in the molar ratio 87:13. The maximum ionic conductivity for this system occurred for a concentration of salt of 15 wt % in relation to the polymer matrix; 2.7 x 10 S cm under relative humidity lower than 1.0 ppm and 30°C. To increase the ionic conductivity, g-butyrolactone was added to the electrolyte as a plasticizer, maintaining the salt concentration constant in relation to the polymer. The measured ionic conductivity and diffusion coefficient for the plasticized electrolyte were both increased by ca. one order of magnitude. Both, optimized TiO2 suspension and electrolyte, were applied in solar cells assembled with active area of 1.0 or 4.5 cm. The smaller cells were investigated under 10 mW cm irradiation, with a Xe lamp, and the efficiency of energy conversion was 23 %. The larger cells were characterized directly under the Sun with an average efficiency of 0.9 % (at 12:00 h). These were used to assemble a 9 V module by connecting in series 16 cells. The integrated average daily power was 183 mW. In summary, this work demonstrated that it is feasible to assemble a module with dyesensitized solar cells employing a plasticized polymer electrolyte. The performance of the modules exceeded all expectations and their stability is the main challenge to allow a future commercial scale application.
Arquivo (Texto Completo): 000351231.pdf ( tamanho: 7,93MB )

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