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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
 
Autor: Freitas, Flávio Santos
Título: Estudo de Novos Eletrólitos Poliméricos e Aplicação em Células Solares de TiO2/Corante
Ano: 2009
Orientador: Profa. Dra. Ana Flávia Nogueira
Departamento: Química Inorgânica
Palavras-chave: Células solares, Eletrólito polimérico, Líquido iônico
Resumo: Neste trabalho foram investigados eletrólitos poliméricos baseados em poli(óxido de etileno-co-2-(2-metoxietoxi) etilglicidiléter) - P(EO-EM) com adição do oligômero dibenzoato de etileno-glicol (DIB)/LiI/I2 e poli(óxido de etileno-co-óxido de propileno) - P(EO-PO), com adição do líquido iônico iodeto de 1-metil-3- propilimidazólio (MPII)/I2 (com e sem a presença de LiI), visando a aplicação em células solares de TiO2/corante. Os eletrólitos foram caracterizados por Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio (H RMN) e Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE). Para o sistema P(EO-EM)/DIB, os estudos realizados por DSC e FTIR mostraram alta homogeneidade entre os componentes, com evidências de coordenação de sal no copolímero e no oligômero. Nas medidas de condutividade iônica, verificou-se saturação em ~10 S cm a partir de 10 % de LiI para todas as proporções de PEO-EM/DIB. Como conseqüência, a aplicação de eletrólitos com 20 % de LiI apresentou resultados bem similares, independente da proporção de DIB no sistema, indicando que os processos cinéticos relacionados ao transporte de carga são diferentes dos eletrólitos géis reportados na literatura, não sendo verificada mudança no potencial de circuito aberto (VOC) dos dispositivos. Para o sistema P(EO-PO)/MPII, as análises por DSC, FTIR e H RMN evidenciaram interações entre o oxigênio do copolímero e o hidrogênio do cátion imidazólio, possibilitando aumento na difusão do par I /I3 (estimado em 1,9x 10 cm s para o eletrólito com 70 % de MPII). A maior condutividade iônica foi obtida para o eletrólito com 70 % de MPII (2,4 x 10 S cm), possibilitando a montagem de células solares com eficiência de 5,66 %. Para todos os dispositivos, a presença de íons I3 promoveu aumento nas reações de recombinação, observando-se valores menores para o VOC com o aumento da concentração de MPII nos eletrólitos. Após a adição de LiI, não foram observadas melhores eficiências em comparação aos dispositivos montados sem a adição do sal. Esses resultados indicam que eletrólitos poliméricos baseados na combinação de polímero e líquido iônico consistem em sistemas promissores para aplicação em células solares.
Abstract: New polymer electrolytes based on poly(ethylene oxide-co-2-(2- methoxyethoxy)ethylglycidylether) - P(EO-EM) with addition of the oligomer ethyleneglycol dibenzoate (DIB)/LiI/I2, and poly(ethylene oxide-co-propylene oxide) - P(EO-PO) with addition of the ionic liquid 1-methyl-3-propylimidazolium (MPII)/I2 (with and without LiI) were investigated in this work aiming at the application in dye-sensitized solar cells. The electrolytes were characterized using Differential Scanning Calorimetry (DSC), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Nuclear Magnetic Ressonance (H NMR) and Complex Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). For the P(EO-EM)/DIB system, the DSC and FTIR measurements revealed a homogeneous mixture, with evidence of coordination of the salt with both the copolymer and the oligomer. The ionic conductivity measurements presented saturation in ~10 S cm for samples containing at least 10 % of LiI, for all P(EO-EM)/DIB concentration ratios. As consequence, the solar cells assembled with electrolytes containing 20 % of LiI presented similar performance, regardless of the DIB concentration, indicating that the kinetic processes related to the charge transport in these systems are different from those usually observed for gel electrolytes (which cause changes in the open circuit potential, VOC, of the devices). For the P(EO-PO)/MPII system, the DSC, FTIR and HNMR measurements revealed the presence of interactions between the oxygen atoms in the copolymer and the hydrogen atoms from the imidazolium cation, which increased the diffusion of the I/I3 redox couple (estimated to be 1,0 x 10 cm s for the electrolyte containing 70 % if MPII). The highest ionic conductivity was observed for the electrolyte containing 70 % of MPII (2,4 x 10 S cm), leading to the assembly of solar cells with 5,66 % of efficiency. In all the devices assembled, the presence of I3 ions leads to an increase of the recombination reactions, thus reducing the VOC values. This effect is more pronounced for higher concentrations of MPII in the electrolyte. After addition of LiI to these systems, no improvements in the device efficiency were observed. These results show that polymer electrolytes based on the mixture of polymer and ionic liquids are very promissing systems for application in solar cells.
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