Orientador: Paulo Noronha Lisboa Filho / Banca: Francisco Trivinho Strixino / Banca: José Humberto Dias da Silva / Resumo: Considerando a crescente demanda por energia elétrica e as mudanças ambientais causadas pela utilização de fontes energéticas não renováveis, a energia solar apresenta-se como uma boa alternativa aos combustíveis fósseis. Dentre os dispositivos fotovoltaicos, as células solares sensibilizadas (DSSC's) utilizam materiais abundantes na natureza e de baixo custo. No entando, é necessário um aperfeiçoamento das mesmas para aumentar sua eficiência e torná-las comercializáveis. Para se obter uma boa eficiência no dispositivo, é também essencial um controle das propriedades estruturais e ópticas dos semicondutores empregados. Nestes dispositivos, o dióxidode titânio é utlizado como semicondutor nas DSSC's por possuir um band gap larg que absorve luz em comprimentos de onda capazes de gerar pares elétron-buraco. Já o óxido de zinco é empregado como óxido semicondutor transparente por apresentar alto grau de transmitância optica. Filmes finos de TiO2 e ZnO foram sintetizados pela técnica sol-gel e depositadas por spin-coating em substratos de vidro com a finalidade de estudar as condições de deposição e investigar suas propriedades estruturais e ópticas. Os espécimes preparados foram caracterizados por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia óptica confocal, microscopia de força atômica e espectroscopia na região do UV-Vis. As análises estruturais mostraram que a concentração de surfactante, os parâmetros de deposição dos filmes e as temperaturas de tratamento térmico empregadas têm grande influência sobre algumas propriedades dos filmes, sedo estas a aderência dos filmes no substrato vítreo, a fase cristalina formada, o tamanho de partícula e a uniformidade superficial dos filmes. Os estudos ópticos dos filmes de ZnO apresentaram um valor de band gap em acordo com os da literatura (3,3 e V) transmitância acima de 80%. Já os filmes de TiO2 apresentaram absorção em... / Abstract: Considering the rising demand for electricity and the environmental changes caused by the use of non-renewable energy sources, solar energy is presented as a good alternative to fossil fuels. Among the photovoltaic devides, dye sensitized solar cells (DSSC'S) use abundant in nature and low cost materials. Nevertheless, is necessary to improve the DSSC's by increasing their efficiency and making them marketable. To obtain a good efficiency in the device, it is also essential to control the structural and optical properties of the semiconductors employed. In these devices, the titanium dioxide is used as a semiconductor presenting a wide band-gap which absorbs light at wavelengths capable of genertaing electron-hole pairs. Zinc oxide is applied as a transparent conductor oxide which has high optical transmittance. Thin films of TiO2 and ZnO were synthesized by sol-gel route and deposited by spin-coating technique on glassy substrate in order to study the deposition conditions and investigate their structural and optical properties. The specimes were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, confocal optical microscopy, atomic force microscopy and spectroscopyin the UV-Vis. Structural analysis showed that the surfactant concentration, the parameters of the film deposition and the heat treament temperatures employed had a major influence on the adhesion of the films at the glassy substrate, on the crystal phase formed, on the particle size and on the homegeneity of the film surface. The optical studies of ZnO showed a band gap value consistent with the literature (3.3 eV) and transmittance above 80%. TiO2 films exchibited absorption around 400 nm a high gap for the anatase crystalline phase of 4.1 eV, due to the presence of brookite phase. TiO2-ZnO films presented the same values for TiO2 films of 4.1 eV / Mestre

Orientador: Francisco Carlos Lavarda / Banca: Luiz Carlos da Silva Filho / Banca: Welber Gianni Quirino / Resumo: Atualmente existe uma grande demanda no desenvolvimento de novas fontes de energia. Uma das possíveis alternativas para produção de energia são as células solares e, dentre estas, as células solares orgânicas. Estas ainda apresentam baixa eficiência na conversão de energia, por isso um grande número de pesquisas vem sendo realizadas com o intuito de melhorar suas características. No presente trabalho estudamos os componentes aceitadores de elétrons, utilizados na camada ativa das células solares orgânicas, especificamente aqueles formados por C60 e seu derivados, que têm sido amplamente estudados, devido ao seu bom desempenho. Estes estudos visam principalmente ajustar os níveis eletrônicos, assim possibilitando o aumento da tensão de circuito aberto e, por sua vez, aumentando a eficiência de conversão de energia. Nesse trabalho propõe-se uma metodologia que apresenta bons resultados na representação das propriedades estruturais e eletrônicas dos sistemas aqui estudados. Esta metodologia utiliza níveis de teoria semi-empíricos e ab initio. Também foram investigados métodos para correlacionar as propriedades eletrônicas dos materiais estudados com a tensão de circuito aberto, já que esta tensão está diretamente relacionada à eficiência das células solares orgânicas. Através deste trabalho encontramos um método capaz de simular a tensão de circuito aberto com desvio médio de 13%. Por fim, investigamos possíveis substituições químicas em derivados de C60. A partir desse estudo, notamos padrões de comportamentos nos níveis eletrônicos ocasionados de acordo com o tipo de substituinte / Abstract: Today, there is a great demand in the development of new energy resources. One of the possible alternatives for energy production are solar cells and, among them, organic solar cells. They still have low efficiency in energy conversion, therefore a lot of research has been conducted in order to improve their characteristics. In this work we studied the electron acceptor components, used in the active layer of organic solar cells, specifically those formed by C60 and its derivatives, which have been widely studied because their good charge transport properties. These studies mainly aim at adjusting the electronic levels, thus enabling the increase of the open circuit voltage and increasing the efficiency of energy conversion. In this work we propose a methodology that provides good results in the representation of the structural and electronic properties of the systems hereby studied. This methodology is a mix of semiempirical and ab initio theory levels. We also investigated methods to correlate the electronic properties of materials studied with the open circuit voltage, as this is directly linked to the efficiency of organic solar cells. Through this work we found a method to simulate the open-circuit voltage with a medium deviation of 13%. And finally, we investigate possible chemical substitutions on the C60 derivatives. From this study, we observed patterns in electron levels behavior caused according to the type of the substituent / Mestre

Orientador: Carlos Frederico de Oliveira Graeff / Banca: Francisco das Chagas Marques / Banca: Fenelon Martinho Lima Pontes / Banca: Claudio José Magon / Banca: José Humberto Dias da Silva / O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: Os corantes cianinas apresentam bom potencial como camada ativa de células solares orgânicas (CSO), como por exemplo, são fortes absorvedores de luz visível e infravermelha, podem ser fabricados utilizando técnicas muito simples, com baixo custo e boa flexibilidade mecânica. No entanto apresentam certos problemas como baixa condutividade eletrônica e as células solares baseadas nestes materiais apresentam baixas eficiências. Neste contexto, este trabalho buscou compreender os processos de geração e transferência de cargas em blendas de corantes em cianina atuando como aceitadores ou doadores de elétrons. Foram utilizados os corantes trimetina (Cy7) com diferentes contraíons. As principais técnicas utilizadas neste estudo foram a de Ressonância de Spin Eletrônico (ESR) e uma variação com aplicação de luz durante a medida (LESR) em temperatura de 77 k. Foram estudados o efeito dos diferentes corantes, bem como o efeito de seus contraíons na geração e transferência de cargas. Para a análise dos resultados foram simulados os espectros de ESR e LESR para cada espécie paramagnética observada utilizando o software "EasySpin". Atuando como aceitador de elétrons em blendas com o polímero MEH-PPV, as blendas com corantes Cy3 mostraram uma melhor geração e transferência de cargas fotoinduzidas em comparação com as blendas com corantes Cy7. Já atuando como doadores de elétrons em blendas com o fulereno C60, observou-se um efeito inverso, em que as blendas com corantes Cy7 apresentaram uma melhor geração e transferência de cargas fotoinduzidas. Além disso, os resultados de ESR e LERS mostraram diferentes sinais para o (C60)1 modificando-se apenas os contraíons dos corantes, que pode ser explicado baseando-se em estudos sobre morfologia. Por fim foram realizados estudos de oxidação das amostras a fim de comprovar a origem de alguns sinais de LESR em menores campos magnéticos / Abstract: The eyanines dyes have good potential as an active layer of organic solar cells, for example, they are strong absorbers of visible and infrared light, can be manufactured using very simple techniques, with low cost and good mechanical flexibility. However, they present problems such as low eletronic conductivity and solar cells based on these materials exhbit low efficiencies. In this context, this study aimed to understand the photoinduced charge generation and transfer processes is blends of dyes based on cyanine acting as electron acceptors or donors for use in organic solar cells. Trimethine dyes (Cy3) and heptamethine dye (Cy7) with different counterions were used. The main technique used in this study were the Electronic Spin Resonance (ESR) and its variation with the application of light during the measurement (LESR) at temperature of 77 K. We studied the effect of different dyes, as well as the effect of its counterions in the charge generation and transfer. For the analysis of results were simulated the ESR and LESR spectra for each paramagnetic species observed through software "EasySpin". Acting as electron acceptor in blends with the MEH-PPV polymer, the dyes blends with Cy3 dyes showed better photo-induced charge generation and transfer compared Cy7 dyes. However, working as electron donors in blends with C60 fullerene the opposite effect was observed, where the blends with Cy7 dyes show a better photo-induced charge generation and transfer than blends with Cy3 dyes. Moreover, the ESR and LESR results showed different signals for (C60)1- changing only the conunterions of the dye, which can be explained based on morphological studies. Finally, the samples oxidation studies were conducted to verify the originals of LESR signals at lower magnetic fields / Doutor

Orientador: Carlos Frederico de Oliveira Graeff / Banca: Alejandra Hortencia Miranda Gonzáles / Banca: Francisco Eduardo Gontijo Guimarães / Banca Alexandre Fontes da Fonseca / Resumo: Este trabalho tem como objetivo estudar e desenvolver materiais para aplicações em células solares de terceira geração. Os materiais sintetizados são derivados de fulereno, óxido de titânio e nanopartículas híbrido (óxido@polímero). Os polímeros derivados de fulereno, de tipo n, foram planejados para conter C60 na cadeia principal. Três produtos diferentes foram obtidos, variando o comprimento da cadeia alquílica do co-monômero utilizando uma nova rota de polimerização. Os dispositivos fotovoltaicos foram preparados utilizando a configuração de heterojunção no volume e a maior eficiência alcançada foi de 1,84 %, o que representa um desempenho promissor para um novo material. As nanopartículas de dióxido de titânio foram sintetizadas usando a técnica hidrotermal assistida por micro-ondas em diferentes condições reacionais, tais como pH, temperatura e tempo, de modo a obter a morfologia nano dimensionada bem definida, rendimentos elevados e alta área superficial. Além disso, estudou-se a influência dos íons Na+ no crescimento cristalino dos óxidos e em sua morfologia, onde foram obtidas nanopartículas, estruturas tipo agulas e estruturas tipo nanotubos. As nanopartículas híbridas foram sintetizadas utilizando os óxidos sintetizados e um polímero, P3HT, funcionalizado de modo a ligar-se covalentemente aos óxidos. As nanopartículas foram opticamente caracterizadas e concluímos que estas podem ser utilizadas para estudar a transferência de carga em sistemas híbridos. / Abstract: This work aims to study and develop materials for applications in third generation solar cells. The synthesized materials are fullerene derivatives, titanium oxide, and hybrid (polymer@oxide) nanoparticles. The fullerene derivatives, n-types polymers, were designed to contain C60 in the main chain. Different products were obtained, varying the comonomer alkyl length using a new polymerization route discovery in this work. The photovoltaic devices were prepared using the bulk heterojunction configuration and the highest efficiency reached was 1,84%, representating a very promising performance for a novel materials. The titanium dioxide nanoparticles were synthesized using microwave assisted hydrothermal technique in different reaction condition, such as pH, temperature and time, in order to obtain well defined nano-sized morphologies, high yields and high surface areas. Also, it was investigated the influence of the Na+ions on the crystalline growth and morphologies of the oxides, where nanoparticles, needles and nanotube-like structures were obtained. The hybrid nanoparticles were synthesized using the prepared oxides and a P3HT functionalized in order to bond covalently with the the oxides. The nanoparticles were optically characterized and concluded to be possible to use for studies of charge transfer in hybrid systems / Doutor

Orientador: Francisco Carlos Lavarda / Banca: Luiz Carlos da Silva Filho / Banca: Julio Ricardo Sambrano / Banca: Paula Homem de Mello / Banca: Mauricio Domingues Coutinho Neto / Resumo: Materiais orgânicos vêm sendo utilizados em diversos tipos de dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos, sendo um dos destaques seu uso em células solares. Atualmente, células solares que utilizam materiais orgânicos na camada ativa já atingem eficiências em torno de 12% na conversão da energia solar em elétrica. Apesar destes materiais apresentarem vantagens em relação ao custo do produto final e processamento comparado aos inorgânicos, a comunidade científica ainda se depara com problemas relacionados às propriedades intrínsecas, como por exemplo, baixa estabilidade à oxidação e energias de bandgap elevadas; deste modo, ainda é viável encontrar novos materiais orgânicos que superem tais problemas. Este trabalho teve como finalidade a busca de novos materiais orgânicos, mais especificamente polímeros conjugados, para aplicações em camada ativa de células solares utilizando métodos teóricos de modelagem de materiais em níveis de teoria semi-empírico e DFT. A primeira parte deste trabalho focou no estudo de novos copolímeros de comonômeros similares e novos homopolímeros derivados de P3HT. Aqui foi possível verificar que, através de substituições químicas realizadas no P3HT, pode-se encontrar novos polímeros com valores mais apropriados para as energias dos orbitais moleculares de fronteira e maiores mobilidades de carga, propriedades que estão intimamente relacionadas à eficiência e à estabilidade que a célula solar pode atingir. Um dos novos polímeros que apresentou potenci... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Organic materials have been used in various types of electronic and optoelectronic devices, with prominent application in solar cells. Solar cells in which the active layers are composed of organic materials already reach efficiencies of around 12% in the conversion of solar energy into electricity. Although these materials have advantages in relation to the final cost and processing compared to the inorganics, the scientific community still face problems related to intrinsic properties, such as low oxidation stability and high bandgap energy; thus, it is desirable to find new organic materials that overcome these problems. This work aimed sy the search for new organic materials - specifically conjugated polymers - for applications in active layers of solar cells employing theoretical methods of material modeling of semi-empirical and DFT theory levels. The first part of this work focuses on the study of new cepolymers of similar comonomers and new P3HT derivatives. Here it was observed that, through chemical substitutions made in P3HT, one may find new polymers with appropriate values for the energies of the frontier molecular orbitals and increased charge mobility, properties that are closely related to the efficiency and stability that the solar cell can achieve. One of the novel polymers found which have potential for use in active layers was the fluorinated P3HT, later confirmed by experimental works. For copolymers of similar comonomers, it was found that the electronic and optical properties of these materials exhibit a linear dependence with the same properties and the monomers proportion of the homopolymers that were used as comonomers in the construction of the copolymer; most important is that through this linear relatioship one may design new copolymers of similar comonomers before a possible synthesis. The second part of this study evaluated the methodologies for modeling of organic... (Complete abstract electronic access below) / Doutor

Orientadores: Paulo Roberto Mei, Francisco das Chagas Marques / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-11-07T13:41:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cortes_AndresaDeoclidiaSoares_D.pdf: 28493660 bytes, checksum: 9830a2bc4fe51f04b181cb72224978a8 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A principal barreira para a expansão do setor fotovoltaico corresponde ao elevado custo da produção do silício grau eletrônico (Si-GE) obtido pelo processo Siemens, matéria-prima para fabricação de mais de 85 % de todas as células fotovoltaicas. Em todo o mundo grupos de pesquisa trabalham em rotas metalúrgicas alternativas para purificação do silício grau metalúrgicas (Si-GM), a fim de produzir um material de menor pureza e de menor custo que o Si-GE, mas que ainda seja adequado para a produção de células fotovoltaicas. Esse material é chamado de silício grau metalúrgico melhorado (Si-GMM). Esta tese apresenta os resultados obtidos na produção do Si-GMM e na fabricação de células fotovoltaicas com o mesmo, testando também processos de gettering com fósforo para a captura de impurezas metálicas. Foram utilizadas, para comparação, lâminas comerciais de Si-GE importadas de diferentes empresas e lâminas de Si-GMM da empresa Rima Industrial S/A. Observou-se que a diferença de composição química entre as lâminas comerciais de Si-GE e as lâminas de Si-GMM da Rima Industrial S/A é devido à concentração de boro e de fósforo. Enquanto que no Si-GE a concentração de boro é menor que 0,1 ppm, no Si- GMM situa-se em torno de 3 ppm, ou seja, um valor 30 vezes maior. Soma-se a isto o fato destes dois elementos serem dopantes, os quais influenciam enormemente o desempenho das células fotovoltaicas. Com a associação de desgaseificação a vácuo em forno de feixe de elétrons e crescimento Czochralski foi possível obter um lingote de silício monocristalino com concentração total de impurezas metálicas igual a 6 ppm, sendo 5,5 ppm de boro, partindo de um silício grau metalúrgico com 219 ppm de impurezas metálicas e 5,5 ppm de boro, o que significa que nenhum dos processos reduziu o teor de boro do silício. A resistividade do silício desgaseificado a vácuo passou de 0,06 para 0,30 ohm.cm após crescimento Czochralski, indicando que o mesmo, além de reduzir a quantidade de impurezas metálicas, que passou de 13 para 6 ppm, também contribuiu para a melhoria da qualidade estrutural do silício ao produzir um lingote monocristalino. O uso de gettering de fósforo na fabricação de células de Si-GMM proporcionou um aumento no comprimento de difusão dos portadores de carga com consequente aumento da eficiência de conversão das mesmas. Dentre os processos de gettering aplicados, os que incluíram etapas de recozimento foram mais eficazes na captura de impurezas metálicas. O resultado obtido com o emprego do gettering na fabricação das células de Si-GMM purificado nesta tese atingiu o valor de 9,7 % de eficiência de conversão fotovoltaica. Com uma otimização no processo de produção de células chegou-se a 13 % de eficiência usando lâminas de Si-GMM com 3 ppm de boro e 3 ppm de fósforo, um valor recorde obtido com este tipo de silício na literatura / Abstract: The main barrier for expanding the photovoltaic industry corresponds to the high production costs of the Electronic grade silicon (EG-Si) obtained through the Siemens process, the raw-material for the production of more than 85% of all photovoltaic cells. Throughout the world, research groups work in alternative metallurgical routes to purify the Metallurgical grade silicon (MG-Si), in order to produce a material with lower purity and lower costs than EG-Si, but which is still adequate for the production of photovoltaic cells. Such material is called Upgraded Metallurgical grade silicon (UMG-Si). This thesis presents the results obtained during the production of UMG-Si and the manufacturing of photovoltaic cells with UMG-Si, also testing gettering processes with phosphorus in order to capture metallic impurities. For comparison, we used commercial EG-Si wafers imported from different companies, and UMG-Si wafers from the company Rima Industrial S/A. We observed that the difference in the chemical composition between the commercial EG-Si wafers and the UMG-Si wafers from Rima Industrial S/A is due to the boron and phosphorus concentration. While in EG-Si the boron concentration is lower than 0.1 ppm, in UMG-Si it corresponds to approximately 3 ppm, that is, a 30 times higher value. In addition to that, both elements are dopants, which markedly affect the development of the photovoltaic cells. With the association of vacuum degassing in an electron beam furnace and Czochralski growth, we were able to obtain a monocrystalline silicon ingot with a total metallic impurity concentration of 6 ppm, considering that 5.5 ppm is boron, from a Metallurgical grade silicon with 219 ppm of metallic impurities and 5.5 ppm of boron, which means that none of the processes reduced the silicon's boron amount. The resistance to the vacuum degassing silicon went from 0.06 to 0.30 ohm.cm after Czochralski growth, which indicates that, in addition to reducing the amount of metallic impurities, which went from 13 to 6 ppm, it also contributes to improve the silicon's structural quality by producing a monocrystalline ingot. The use of phosphorus gettering in the fabrication of UMG-Si cells provided an enhancement in the diffusion length of the charge carriers with a resulting increase in the conversion efficiency of the cells. Among the gettering processes applied, those that included annealing steps were more efficient in capturing metallic impurities. The result obtained by using gettering for the fabrication of purified UMG-Si cells in this thesis reached a 9.7 % efficiency rate for photovoltaic conversion. With an optimization of the cell production process, we reached a 13 % efficiency rate using UMG-Si wafers with 3 ppm of boron and 3 ppm of phosphorus, a record value obtained with this type of silicon in literature / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutora em Engenharia Mecânica

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito para a obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / Células solares são dispositivos que convertem energia solar em elétrica por intermédio do efeito fotovoltaico, observado em semicondutores como a pirita (FeS2). Por seu band gap de 0,95 eV e sua coloração escura, que favorece a absorção de luz, esse mineral desperta o interesse de pesquisadores que buscam materiais semicondutores alternativos ao silício. Apesar de seu potencial como matéria-prima para diferentes segmentos da indústria, quando a pirita provém da mineração do carvão, é tratada como rejeito e sua disposição culmina em problemas ambientais para as regiões carboníferas. Diante desses fatos, elevar o grau de pureza do rejeito piritoso, objetivo deste trabalho, aumentando seu teor de dissulfeto de ferro, fortalece a possibilidade de transformá-lo em subproduto de maior valor agregado, inclusive para o setor de dispositivos fotovoltaicos. Considerando as análises das impurezas presentes na pirita da região sul catarinense, sugeriu-se uma rota de beneficiamento baseada em separação por densidade em bromofórmio e lixiviações sucessivas em água e solução de solvente orgânico. Aplicaram-se metodologias estatísticas para definição dos parâmetros de lixiviação e a eficiência do processo foi avaliada e comprovada por fluorescência de raios X (FRX), análise elementar (CHNS/O), difratometria de raios X (DRX) e espectrometria de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Suas propriedades elétricas classificam as piritas in natura e concentrada como semicondutoras. O beneficiamento extraiu impurezas como calcita, quartzo, presente na fração argilosa e arenosa, e sulfato ferroso, elevando a condutividade do rejeito em aproximadamente uma ordem de grandeza. As metodologias propostas não removeram óxidos de ferro, que contribuíram para o band gap de 1,7 eV, dentro da faixa considerada ideal para células solares.

El escenario energético internacional permite visualizar que el uso de la energía solar tiene fuertes perspectivas de crecimiento. En este contexto, el objetivo general de este trabajo es contribuir al desarrollo de aplicaciones móviles energizadas con recursos renovables a través de la propuesta de un modelo de sistema fotovoltaico móvil para aplicaciones en tracción eléctrica. Se busca contar con una herramienta de diseño y análisis de paneles fotovoltaicos de geometría variable, formados por distintos tipos de celdas solares. Se establece el estado del arte en tecnologías fotovoltaicas y aplicaciones móviles de tracción eléctrica que utilicen energía solar, junto con estudiar los antecedentes teóricos que explican los fenómenos relacionados directamente con la radiación solar en la Tierra y el comportamiento de celdas solares ante la radiación. Asimismo, se desarrolla e implementa un modelo de comportamiento de celdas fotovoltaicas específicas que incluya la radiación espectral. Para realizar este modelo, denominado “modelo integrado”, se consideran tres grandes bloques. El primer bloque corresponde al modelo que entrega la radiación solar para un conjunto de planos (celdas solares), el que se selecciona de la literatura especializada en el tema y atendiendo a los requerimientos específicos de aplicaciones móviles. El segundo bloque corresponde al modelo de comportamiento de un panel solar, el cual se subdivide en tres subbloques, los que corresponden al modelo térmico para una celda, el modelo de comportamiento de una celda solar y el modelo que entrega el comportamiento de un conjunto de celdas solares interconectadas. Este modelo permite caracterizar genéricamente un panel formado por celdas solares, y es implementado para las celdas específicas del auto solar Eolian I desarrollado en la Universidad de Chile en el marco de este trabajo. Para este fin, se desarrolla y utiliza una metodología de estimación de parámetros para las celdas consideradas. Finalmente, el tercer bloque del modelo integrado se desarrolla sólo para el caso de Eolian I, el que corresponde al modelamiento de su superficie y obtención de las variables que definen la posición geométrica de sus celdas. Este tercer bloque es necesario para el modelo integrado. En el caso de considerar otra superficie “irregular” es posible adaptar el procedimiento propuesto para Eolian I. Los resultados del modelo de radiación solar, indican que sistemáticamente él entrega valores mayores de radiación solar respecto de los medidos en Santiago, teniéndose diferencias entre 50[W/m2 ] y 80[W/m2 ]. A su vez, el modelo implementado para un panel solar, entrega resultados con errores inferiores al 7% en todas sus variables, excepto en el modelo térmico, en donde dicho error llega hasta un 15%, lo cual no repercute mayormente en el modelo integrado ya que el error promedio del modelo térmico es del orden de un 6%. Los resultados obtenidos mediante el uso del modelo integrado, y la ejecución de pruebas experimentales, indican que los paneles del vehículo solar Eolian I presentan graves daños, que hacen inutilizable los paneles Spectrolab DJ (aproximadamente un sexto de todo el panel). El resto del panel, formado por celdas SunPower A300, también presenta daños importantes, teniéndose que los cuatro paneles independientes entregan un 59%, 76%, 75% y 56% de la potencia esperada. Los daños del sistema de paneles fotovoltaicos hacen que su eficiencia promedio sea sólo de un 7,3%, y que se tenga una pérdida en la generación de energía diaria de un 58,9% en un día con una alta radiación solar incidente. Sin embargo, el modelo desarrollado es capaz de reproducir adecuadamente los resultados obtenidos, por lo que se proyecta como la base de desarrollo de geometrías y agrupaciones de paneles para aplicaciones de tracción móviles. Como trabajo futuro se propone considerar una corrección de la radiación solar en base a datos reales medidos y poder calcularla para un panel que esté desplazándose sobre la superficie terrestre; además, incorporar el cálculo automático de sombras sobre la superficie “irregular” del panel con la que se trabaje, poder realizar giros de ella en torno a los 3 ejes espaciales, e integrar al modelo diodos de “bypass” conectados al panel fotovoltaico. Asimismo, se propone implementar un modelo de optimización que determine para una distribución dada de celdas su conexión óptima, en base al modelo integrado desarrollado.

LIMA, F. A. S. Application of transition-metal-oxide-based nanostructured thin films on third generation solar cells. 2015. 225 f. Tese (Doutorado em Ciência de Materiais) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-12-17T12:45:41Z No. of bitstreams: 1 2015_tese_faslima.pdf: 24015209 bytes, checksum: a66470eb7a55b6b3c2a5e8544c6d4d32 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-12-18T12:18:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_tese_faslima.pdf: 24015209 bytes, checksum: a66470eb7a55b6b3c2a5e8544c6d4d32 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-18T12:18:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_tese_faslima.pdf: 24015209 bytes, checksum: a66470eb7a55b6b3c2a5e8544c6d4d32 (MD5) Previous issue date: 2015-10-30 / One of the greatest challenges of our time is to devise means to provide energy in a sustainable way to attend an exponentially growing demand. The energy demand is expected to grow 56% by 2040. In this context, the use of clean and sustainable sources of energy is imperative. Among these sources, solar energy is the only one which can meet the total world energy requirement even considering such large growth in demand. The solar power incident on the Earth's surface every second is equivalent to 4 trillion 100-watt light bulbs. Photovoltaic solar cells are one of several ways to harness solar energy. These cells convert solar energy directly into electricity. Commercial photovoltaic devices are already a reality, but their share of the world energy matrix is still quite small, mainly due to the high costs. Next generation photovoltaics open a number of new possibilities for photovoltaic energy applications that can potentially decrease the overall cost of energy production. Transition metal semiconductor oxides are promising materials that can be produced by low cost methods and o er interesting new features. The use of these materials in next generation photovoltaics is therefore a very promising and interesting application. In this thesis work zinc, titanium and vanadium oxides were used in next generation solar cells. Thin lms of zinc oxide were synthesized by the low cost and environmentally friendly techniques of electrodeposition and hydrothermal synthesis and applied as working electrodes in highly e cient dye sensitized solar cells (DSSCs). The lms were characterized by structural and optical techniques while the cells were tested by current vs: voltage and quantum e ciency measurements. The e ciencies of these cells were as high as 2.27% using ZnO thin lms without any post deposition treatment. Moreover, natural dyes extracted from plants of northeastern Brazil were applied as sensitizers in DSSCs assembled with commercial available TiO 2 as working electrode. The natural dyes were extracted employing very simple methods and were characterized by XPS and UPS techniques. Their band alignments were shown to be compatible with the TiO 2 as well as with the mediator electrolyte. The e ciency of DSSCs sensitized with natural dyes were as high as 1.33%. Finally, water based V 2 O 5 was used as hole transport medium (HTM) in conventional organic solar cells (OSCs) and ITO-free, plastic OSCs. The results obtained with V 2 O 5 were compared with the results obtained from cells assembled with PEDOT:PSS, which is the most used HTM. This comparison showed that the use of V 2 O 5 as HTM can lead to more e cient OSCs. The stability of these devices were evaluated by tests applying the ISOS standards ISOS-D-1, ISOS-L-1 and ISOS-O-1. A UV- lter and a protective graphene oxide (GO) layer were employed seeking to improve the stability of OSCs. The combination of both UV- lter and GO protective layer was shown to be the most e ective way to improve the stability of these devices / Um dos maiores desa os do nosso tempo e desenvolver formas para fornecer energia de forma sustent avel para atender uma demanda que cresce exponencialmente e que dever a crescer 56% at e 2040. Neste contexto, o uso de fontes limpas e sustent aveis de energia e um imperativo. Entre essas fontes, a energia solar e a unico que pode satisfazer a ne- cessidade total de energia do mundo, mesmo considerando o crescimento na demanda. A pot^encia solar incidente na superf cie da Terra a cada segundo e equivalente a 4 trilh~oes de l^ampadas de 100 watts. C elulas solares fotovoltaicas s~ao uma das v arias maneiras de aproveitar a energia solar, convertendo-a diretamente em eletricidade. Dispositivos com- erciais fotovoltaicos j a s~ao uma realidade, mas a sua participa c~ao na matriz energ etica mundial ainda e muito pequena, principalmente devido aos seus custos elevados. C elulas fotovoltaicas de nova gera c~ao abrem uma s erie de novas possibilidades para aplica c~oes de energia fotovoltaica que pode diminuir o custo total de produ c~ao de energia. Oxidos semicondutores de metais de transi c~ao s~ao materiais promissores que podem ser produzi- dos atrav es de m etodos de baixo custo e que possuem caracter sticas interessantes. Por conseguinte, o uso destes materiais em energia fotovoltaica de pr oxima gera c~ao se apre- senta com uma aplica c~ao promissora. Nesta tese de doutorado oxidos de zinco, tit^anio e van adio foram utilizados em c elulas solares de pr oxima gera c~ao. Filmes nos de oxido de zinco foram sintetizados por eletrodeposi c~ao e s ntese hidrot ermica. Os lmes foram apli- cados como eletrodos de trabalho em c elulas solares sensibilizadas por corante (DSSCS) altamente e cientes. Os lmes foram caracterizados por t ecnicas estruturais e oticas en- quanto que as c elulas foram testadas por medidas de corrente vs: voltagem e de e ci^encia qu^antica. A e ci^encia dessas c elulas atingiu 2,27% utilizando lmes nos de ZnO sem qualquer tratamento p os-deposi c~ao. Al em disso, corantes naturais extra dos de plan- tas do nordeste do Brasil foram aplicados como sensibilizadores em DSSCs montadas com TiO 2 comercial utilizado como eletrodo de trabalho. Os corantes naturais foram extra das empregando m etodos simples e foram caracterizados por espectroscopia de fotoel etrons excitados por raios X e por radia c~ao ultravioleta, XPS e UPS respectivamente. Seus alin- hamentos de banda se mostraram compat veis com o TiO 2 e com o eletrodo de regenera c~ao. A e ci^encia das DSSCs sensibilizadas com corantes naturais chegou a 1,33%. Finalmente, V 2 O 5 a base de agua foi usado como material transportador de buracos (HTM) em c elulas solares org^anicas (OSCs) convencionais e OSCs de pl astico constru das sem ITO. Os re- sultados obtidos com V 2 O 5 foram comparados com os resultados de c elulas constru das com PEDOT:PSS, que e o HTM mais utilizado. Esta compara c~ao revelou que o uso de V 2 O 5 como HTM pode levar a OSCs mais e cientes. A estabilidade destes dispositivos foi avaliada por testes aplicando os padr~oes ISOS-D-1, ISOS-L-1 e ISOS-O-1. O uso de ltros ultravioleta e de uma camada protetora de oxido de grafeno reduzido foi testado com o intuito de melhorar a estabilidade desses dispositivos. O uso de uma combina c~ao de ambos se mostrou a forma mais efetiva de melhorar a estabilidade das OSCs

CARMO, Felipe Felix do. Deposição eletroforética de dióxido de titânio para aplicação em células solares sensibilizadas por corantes. 2016. 72 f. Dissertação (Mestrado em Química)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Aline Mendes (alinemendes.ufc@gmail.com) on 2017-01-20T20:24:02Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_ffcarmo.pdf: 7641147 bytes, checksum: 2d38dbc3717883ec834fe79553fdf6de (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2017-01-23T20:28:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_ffcarmo.pdf: 7641147 bytes, checksum: 2d38dbc3717883ec834fe79553fdf6de (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-23T20:28:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_ffcarmo.pdf: 7641147 bytes, checksum: 2d38dbc3717883ec834fe79553fdf6de (MD5) Previous issue date: 2016 / This work aimed to develop TiO2 photoanodes by electrophoretic deposition technique on FTO substrate for dye-sensitized solar cells (DSSCs) applications by using two electrophoretic deposition methods: continuous and multistep. Deposition time, number of layers, temperature of annealing and concentrations of TiO2 in suspension were investigated as working parameters during the production of the substrates. According to the images obtained by scanning electron microscopy, the films obtained by continuous electrophoretic deposition presented formation of cracks that made them inappropriate for use as substrate. This problem was solved by using multistep electrophoretic deposition technique. The best photoconversion performances were obtained for the films in the following conditions: aqueous suspension of TiO2 (2 g/L), 4 deposition cycles (60 seconds each) and annealing temperature of 450 °C for 30 minutes. These devices showed a 2.7% efficiency photoconversion. Electrochemical impedance analysis showed lower charge transfer resistance at the interface TiO2/dye/electrolyte and an increase in the electron lifetime with increased deposition, reaching a maximum when 4 depositions were applied. These results are indicative that the electron recombination rate decreases thus implying an efficiency enhancement of the DSSCs. / Esse trabalho teve por objetivo desenvolver fotoanodos de TiO2 por meio da técnica de deposição eletroforética sobre substrato FTO para aplicação em células solares sensibilizadas por complexos polipiridínicos de rutênio(II). Foram utilizados dois métodos dessa técnica nesse trabalho, as quais foram chamadas de deposição eletroforética contínua e deposição eletroforética em camadas. Tempo de deposição, número de camadas, temperatura de sinterização dos filmes e concentração de TiO2 na suspensão foram fatores investigados. De acordo com as imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura, os filmes obtidos por deposição eletroforética contínua se mostraram impróprios para o uso nos dispositivos devido ao aparecimento de fissuras que foram relacionadas a evaporação do solvente, fato contornado com a técnica de deposição eletroforética em camadas. Os filmes que apresentaram melhor eficiência na fotoconversão nos dispositivos fotoeletroquímicos foram depositados em uma suspensão com concentração de 2,0 g/L de TiO2, com 4 deposições de 60 segundos cada e sinterizados em uma temperatura de 450 ºC por 30 minutos. Esses dispositivos apresentaram uma eficiência de 2,7 % na fotoconversão. Análises de impedância eletroquímica mostraram uma menor resistência de transferência de carga na interface TiO2/corante/eletrólito e um aumento no tempo de vida do elétron com o aumento da espessura dos filmes depositados, indicando uma menor taxa de recombinação entre o TiO2 e os íons triiodeto presentes no eletrólito.