Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2016. / Neste trabalho são apresentados os passos para desenvolvimento de uma célula solar orgânica de heterojunção dos polímeros semicondutores P3HT e N2200. O dispositivo foi desenvolvido em forma de filmes de materiais poliméricos sobrepostos sobre um substrato de vidro (FTO). Foram testadas algumas misturas com proporções em peso de P3HT:N2200 como filme fino da camada ativa. Os métodos de deposição dos filmes foram o de spin coater (com as soluções preparadas usando o clorofórmio) e evaporação térmica em câmara de alto vácuo. O PEDOT:PSS foi usado como camada transportadora de buracos e o C60 como camada transportadora de elétrons. O alumínio foi usado como eletrodo de topo. O trabalho experimental foi dividido em duas partes. Na primeira, foi realizada a caracterização óptica e morfológica dos filmes resultantes da deposição pelo método de spin coating. O espectro de absorção do filme de P3HT apresentou uma banda entre 350 e 670nm. O espectro de absorção do filme de N2200 apresentou duas bandas: a primeira entre 350 e 465nm e a segunda entre 477 e 850nm. Os espectros de todos os filmes das misturas apresentaram uma grande banda de absorção, variando de 350nm a 850nm. A caracterização morfológica dos filmes da mistura dos dois polímeros permitiu observar a presença de furos nos filmes. Na segunda parte, foi feita a caracterização óptica e morfológica em novos filmes para efeitos de comparação. Os espectros de absorção dos filmes se comportaram de maneira semelhante aos obtidos na primeira parte. Houve uma pequena variação na intensidade de absorção ocasionada pela mudança da concentração das soluções usadas para deposição. O estudo de fotoluminescência dos filmes permitiram observar a emissão do P3HT entre 600 e 800nm e uma faixa de emissão do N2200 entre 760 e 850nm. As morfologias dos filmes feitos na segunda parte não apresentaram furos, mas sim alguns glóbulos por toda a área analisada. A caracterização elétrica foi realizada somente na segunda parte do trabalho e foi feita em dispositivos montados com a seguinte estrutura: FTO/PEDOT:PSS/P3HT:N2200/C60/Alumínio. Além das diferentes proporções do filme da camada ativa, foram feitos dois tipos de dispositivos com filmes de C60: o primeiro com espessura de 10nm e o segundo com 30nm. Os dispositivos com a camada de 30nm de C60 apresentaram melhores valores de eficiência de conversão de potência (η) quando comparados aos dispositivos com 10nm. O dispositivo com melhor eficiência (η = 0,22%) foi o de proporção 1:1 de P3HT:N2200 e filme de C60 com 30nm. Nas análises de eficiência quântica externa (IPCE) foi observada uma maior contribuição da absorção do C60 para a fotocorrente. A contribuição da absorção do P3HT e do N2200 (bem pequena) só pôde ser vista nos dispositivos com 30nm de C60. / This work shows the steps for development of an organic solar cell semiconductor heterojunction polymer P3HT and N2200. The device is designed in the form of polymeric material films superimposed on a glass substrate (FTO). They were tested some blends with ratio by weight of P3HT: N2200 as thin film of the active layer. The methods of film deposition were spin coater (with solutions prepared using the chloroform) and thermal evaporation in a high vacuum chamber. The PEDOT: PSS was used as a hole transporting layer and the C60 as electron transport layer. Aluminum was used as the top electrode. The experimental work was divided in two parts. At first, the optical and morphological characterization of the films resultant from deposition by spin coating method was performed. The P3HT film absorption spectrum showed a band between 350 and 670nm. Already, N2200 film absorption spectrum showed two bands: the first between 350 and 465nm, and the second between 477 and 850nm. The spectra of all blends films showed a large absorption band ranging from 350nm to 850nm. The morphological characterization of films of the two polymers of the blend allowed to observe the presence of holes in the film. The second part was made optical and morphological characterization in new films for comparison. Films absorption spectra whether behaved in a manner similar to those obtained in the first part. There was a small variation in the absorption intensity caused by the change of the concentration of the solutions used for deposition. The photoluminescence study of the films allowed to observe the emission of P3HT between 600 and 800nm and an emission range of between 760 and 850nm N2200. The morphology of the films made in the second part showed no holes, but some globules throughout the analyzed area. The electrical characterization was performed only in second part and was made into assembled with the following structure: FTO/PEDOT: PSS/P3HT:N2200/C60/Aluminium. Besides, the different ratios of the active layer film, there have been two types of devices with C60 films: the first with a thickness of 10nm and seconds with 30nm. The devices with the layer of 30nm C60 showed better power conversion efficiency (η) values compared to devices with 10nm. The device with better efficiency (η = 0.22%) was the 1: 1 ratio of P3HT: C60 N2200 and film with 30nm. The external quantum efficiency (IPCE) analysis was observed a greater contribution of C60 absorption to the photocurrent. The contribution of absorption of P3HT and N2200 (very small) could only be seen on devices with 30nm C60.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-12-13Bitstream added on 2014-06-13T19:12:24Z : No. of bitstreams: 1 freitas_fr_me_ilha.pdf: 2092589 bytes, checksum: 7ec036717ae650efd365ca13f290d709 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho é dedicado à preparação e a caracterização de célula solar nanocristalina do tipo Grätzel ativada com corante orgânico. O presente desenvolvimento envolveu a deposição da camada condutora transparente SnO2, deposição da camada nanoporosa de TiO2, preparação do eletrólito, escolha e preparação do corante e por fim o fechamento e a caracterização da célula. O método de deposição empregado para a obtenção dos filmes foi a técnica spray pirólise, sendo a deposição realizada a temperatura de 400 oC. Para desenvolver a camada condutora transparente, foram preparadas soluções de SnO2:Sb dopadas com as seguintes concentrações: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e 8 mol % e uma solução de SnO2:F dopada com 15% em peso. Os filmes foram caracterizados por medidas de UV-vis, FTIR, DRX, MEV e medidas de resistência elétrica. O filme escolhido para ser utilizado como camada condutora transparente, foi o SnO2:F que apresentou melhor uniformidade, uma transmitância de 70% e resistência de 9 /O. A deposição do TiO2, foi feita sobre o filme de SnO2:F, pela técnica spray pirólise em 250 oC, e em seguida sinterizado a 400 0C durante 30 minutos. Os filmes de SnO2/TiO2 assim preparados em seguida foram imersos em corantes orgânicos. Concluída a adsorção dos corantes pelos filmes foi realizada montagem da célula. Foi colocado o eletrólito, que consistia de uma solução de etileno glicol de 0.5 M de iodeto de potássio misturado com 0.05 M iodo. Depois de concluídos, os processos descritos, a célula foi vedada para que se efetuassem medidas de caracterização elétrica. Esta caracterização esteve baseada no levantamento da curva I-V com e sem iluminação. / This work is dedicated to the development and characterization of the solar cell nanocrystaline of the type Grätzel activated with organic dye. The present development involved the decomposition of the layer SnO2 transparent conductor, decomposition of TiO2 nonporous layer, preparation of the electrolyte, choice and preparation of the dye and finally the closing and characterization of the cell. The decomposition method used to the obtainment of the films was the technique spray pyrolisis, being the decomposition performed in the temperature of 400 ºC. To develop the layer transparent conductor, were prepared solutions of SnO2 Sb full of the following concentrations: 1,2,3,4,5,6,7, and 8 mol % and a solution of SnO2 F full of 15 % in weight , the films were characterized by measures of UV- v is FTIR, MEV and measures of electric resistance. The film chosen to be used as layer transparent conductor was the SnO2: F which presented a better uniformity, a transmissibility of 70% and resistance of 9 /O. The decomposition of TiO2, was performed on a film of SnO2: F, by the technique spray pyrolisis in a 250 ° C and afterwards synthesized to 400ºC during 30 minutes. The films of SnO2 / TiO2 were immersed in organic dyes. Concluded the absortion of the dyes by the films was performed the set up of the cell. It was put the electrolyte, which was a solution of etalon glycol of 0. 5 M of iodated of potassium mixture with 0.0 5 M iodated. After finishing, the descript process, the cell was enclosed so that measures of electric characterization occurred. This characterization was based on the lifting of the curve I-V with and without illumination.

MARQUES, Maria Géssica Silva. Síntese e caracterização de bisbipiridinas de Ru com potencial aplicação como sensibilizadores de células solares. 2016. 52 f. Dissertação (Mestrado em Química)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2017-07-27T20:27:37Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_mgsmarques.pdf: 1592936 bytes, checksum: dcfb887fb7a75bf5dacb583b97484368 (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2017-07-27T20:27:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_mgsmarques.pdf: 1592936 bytes, checksum: dcfb887fb7a75bf5dacb583b97484368 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-27T20:27:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_mgsmarques.pdf: 1592936 bytes, checksum: dcfb887fb7a75bf5dacb583b97484368 (MD5) Previous issue date: 2016 / In this work ruthenium bipyridine complexes of the type cis-[Ru(dcbpy)2(L)(L’)] (where dcbpy is 2,2-bipyridine-4,4-dicarboxylic acid; L is nicotinamide (nic) or isonicotinamide (isn) and L’ is Cl or SCN or nic) were synthesized and their electrochemical and photophysical properties were evaluated in order to verify their potential application as dye sensitizers in Dye Sensitized Solar Cells (DSSCs). These compounds were characterized by spectroscopic and electrochemical techniques. These complexes show metal-to-ligand charge transfer (MLCT) absorption centered at about 500 nm.Also, the compounds exhibit broad bands with maxima at 650 nm and low emission quantum yields. The result of cyclic voltammetry shows a redox couple at approximately 0.8 V vsAg/AgCl, which is positively shifted in comparison with the starting compound (~0.50V vs Ag/AgCl). The excited state oxidation potentials of both complexes (~ 1.5 V) are favorable for an efficient electron injection from the dye into the TiO2 conduction band.The photoelectrochemical data were evaluated in comparison to the standard [Ru(dcbH2)2(NCS)2] dye, N3. DSSCs sensitized by these compounds exhibit overall efficiency conversion of 0.38 and 0.47% for cis-[Ru(dcbpy)2(nic)Cl]+ and cis-[Ru(dcbpy)2(isn)Cl]+, respectively, while that for N3 is 2.70 % in the same condition. The lower adsorption and the higher charge recombination between the electrons injected into the TiO2 conduction band and oxidized dye molecules in comparison to N3 justify the lower global efficiencies observed than the N3 compound. / Neste trabalho foram sintetizados complexos bipiridinícos de rutênio (II) do tipo cis-[Ru(dcbpy)2(L)(L’)], onde dcbpy = ácido 4,4’-dicarboxílico-2,2’ bipiridina; L = nicotinamida (nic) ou isonicotinamida (isn) e L’= Cl ou SCN ou nic e suas propriedades eletroquímicas e fotofísicas foram avaliadas a fim de se comprovar sua estrutura esperada e seu potencial para atuar como corantes sensibilizadores em células solares sensibilizadas por corantes (do inglês Dye Sensitized Solar Cells,DSSCs). Tais complexos foram caracterizados por técnicas espectroscópicas e eletroquímicas. Os complexos apresentaram em seus espectros de absorção eletrônica na região do ultravioleta-visível bandas de transferência de carga do metal para o ligante com altos coeficientes de extinção molar na região do visível em cerca de 500 nm. Os compostos cis-[Ru(dcbpy)2(nic)Cl]+ e cis-[Ru(dcbpy)2(isn)Cl]+apresentaram em metanol uma emissão máxima em 650 nm com rendimento quânticos de da ordem de 0,0040.Os resultados eletroquímicos de voltametria cíclica para o par redox Ru (II/III) em ~0,80V vs Ag/AgCl, encontram-se deslocados positivamente em ao composto de partida (~0,50V vs Ag/AgCl). O potencial dos complexos no estado excitado, em torno de -1,5 V, indicam que os mesmos possuem capacidade de injetar elétrons na banda de condução do semicondutor TiO2. Os resultados dos testes fotovoltaicos para os complexos cis-[Ru(dcbpy)2(nic)Cl]+ e cis-[Ru(dcbpy)2(isn)Cl]+ apresentaram uma eficiência de conversão de energia de 0,38 e 0,47% respectivamente. A menor adsorção dos compostos contendo os ligantes nicotinamida e isonicotinamida em relação ao composto N3 e a ocorrência de recombinação de carga entre os elétrons injetados tanto com o corante oxidado quanto com o eletrólito justificam os menores valores de eficiência observados.

Orientador: Ana Flávia Nogueira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-23T23:53:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Freitas_FlavioSantos_D.pdf: 16885434 bytes, checksum: 48b960051e69118d4e3bbf7bc096a552 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho apresenta a síntese de moléculas carboxiladas e sua utilização como agentes compatibilizantes em sistemas híbridos inorgânico/orgânico. A caracterização e aplicação das interfaces destes sistemas híbridos de dióxido de titânio com poli(3-hexiltiofeno) (TiO2/P3HT) e silício monocristalino com poli(3-hexiltiofeno) (Si/P3HT) também foram estudadas. No primeiro sistema, TiO2/P3HT, a modificação superficial do TiO2 foi efetuada com três moléculas carboxiladas: ácido 2-tiofenocarboxílico (TCA), ácido 2-tiofenoacético (TAA) e ácido 2,4-tiofenodicarboxílico (TDA). Essas modificações demostraram que a molécula TAA apresenta melhor compatibilidade na interface, evidenciada por estudos fotofísicos de Espectroscopia de Absorção Transiente (TAS) e medidas de ângulo de contato. A célula solar com TAA (configuração invertida) apresentou eficiência de 0,03%, três vezes maior que a obtida no dispositivo padrão. Com a inserção do corante N719 na superfície do TiO2, a eficiência alcançou valores superiores a 1%. A eficiência dos dispositivos chegou a 1,35% com a inserção na camada de P3HT de nanopartículas de TiO2 na forma de bastão (TiO2 NB/TAA). Essa modificação da camada polimérica mostrou que o TiO2 NB/TAA apresentou propriedades ligeiramente superiores nos experimentos de fotoeletroquímica quando comparado com nanopartículas sintetizadas no formato esférico (TiO2 NE). Além disso, a técnica de Espalhamento de Raios-X a Baixo Ângulo (SAXS) mostrou que as nanopartículas TiO2 NB/TAA e TiO2 NE encontram-se distribuídas de forma homogênea pela matriz de P3HT. No segundo sistema, as células solares de Si/P3HT foram obtidas a partir de reações que modificaram a interface dos materiais. A adsorção química da molécula TAA sobre o óxido nativo (Si/SiOx/TAA) e a reação do grupo superficial Si-Cl com o reagente de Grignard brometo de tiofeno-magnésio (Si/Tiofeno) foram respectivamente caracterizadas por Espectroscopia de Infravermelho (FTIR) e Espectroscopia de Fotoelétrons por Raios-X (XPS). A contribuição do P3HT para o dispositivo foi avaliada a partir da comparação com uma junção Schottky (Al/Si/Au). Os valores de VOC obtidos nas células solares na presença de P3HT foram similares (~0,4 V) e superiores ao obtido no dispositivo sem o polímero (~0,2 V), evidenciando o domínio da junção Si/P3HT para as propriedades fotovoltaicas. O dispositivo Si/SiOx/TAA apresentou grande resistência em série, com eficiência de conversão de energia inferior a 0,5%. Porém, com a configuração Al/Si/Tiofeno/P3HT/Au, as células solares alcançaram valores de eficiência de 5,76%. A eficiência superior foi relacionada com a melhor adesão e compatibilidade entre o Si e o P3HT a partir de imagens de SEM / Abstract: This work presents the synthesis of carboxylated molecules and their use as compatibilizer agents in hybrid inorganic/organic systems. Characterization and application of the interfaces of those hybrid systems comprising titanium dioxide with poly(3-hexylthiophene) (TiO2/P3HT) and monocrystalline silicon with poly(3-hexylthiophene) (Si/P3HT) will also be described. In the former system, TiO2/P3HT, the TiO2 surface was modified with three molecules: 2-thiophenecarboxylic acid (TCA), 2-thiopheneacetic acid (TAA) and 2,4- thiophenedicarboxylic acid (TDA). Transient Absorption Spectroscopy (TAS) photophysical studies and contact angle measurements demonstrated that TAA presents the best compatibility in the interface. Solar cells modified with TAA, set up in inverted configuration, showed 0.03% of overall energy conversion efficiency, which is three times larger than the one obtained from a standard device. Replacing TAA by N719 dye on TiO2 surface increased the efficiency, achieving values higher than 1%. Inserting TiO2 rod-shaped nanoparticles (TiO2 NB/TAA) on P3HT layer of the latter system resulted in 1.35% overall efficiency. Photoelectrochemical experiments demonstrated that this modification using TiO2 NB/TAA increases exciton separation rate and conductivity properties slightly enhanced compared to spherical nanoparticles (TiO2 NE/TAA). Small-Angle X-ray Scattering (SAXS) showed that TiO2 NB/TAA and TiO2 NE nanoparticles are homogeneously distributed in the P3HT matrix. In the Si/P3HT hybrid system, the inorganic/organic interface was modified through chemical adsorption of TAA molecules on the native oxide (Si/SiOx/TAA) and a reaction of the surface Si-Cl groups with Grignard reagent 2-thiophene-magnesium bromide (Si/Tiofeno). Both reactions were characterized using Infrared Spectroscopy (FTIR) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). The contribution of P3HT to the p-n junction formation in the photovoltaic device was evaluated from a comparison with a Schottky junction (Al/Si/Au). The VOC values obtained with P3HT were similar among the experiments (around 0.4 V) and higher than without the polymer (around 0.2 V). This observation highlights the dominance of Si/P3HT for photovoltaic properties. The Si/SiOx/TAA device exhibited a high series resistance, with energy conversion efficiency lower than 0.5%. However, using Al/Si/Tiofeno/P3HT/Au configuration, the solar cells reached 5.76% efficiency. The higher values might be related to a better adhesion and compatibility between Si and P3HT, which was observed from SEM images / Doutorado / Quimica Inorganica / Doutor em Ciências

Interest in research concerning renewable energy sources has grown in recent decades. In this context, the study of the physical processes that are important in the conversion of solar energy radiation via the photovoltaic effect has increasingly been the topic of theoretical and experimental research. In this thesis, we discuss the photovoltaic effect in pn junctions found in Si solar cells, as well as the photoelectrochemical effect at semiconductor-electrolyte interfaces. Specifically, we propose a new linearizable model for the photocurrent-voltage characteristics of nanocrystalline TiO2 dye sensitized solar cells, as well as ZnO solar cells. We also report predicted values for fill factors. The model uses the Butler-Volmer and Nernst equations to describe the photocurrent-voltage characteristics. A single free parameter of the model controls the fill factor. Upon renormalization, diverse experimental photocurrent-voltage data collapse onto a single universal function. These advances allow the estimation of the complete current-voltage curve and the fill factor from any three experimental data points, e. g., the open circuit voltage, the short circuit current and one intermediate measurement. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O interesse em pesquisas sobre fontes de energia renováveis tem crescido nas últimas décadas. Nesse contexto, cada vez mais o estudo dos processos físicos relevantes na conversão da energia da radiação solar, através do efeito fotovoltaico, tem sido alvo de pesquisas experimentais e teóricas. Nesta tese, discutimos o efeito fotovoltaico em junções pn que ocorrem nas células solares de Si, bem como o efeito fotoeletroquímico em interfaces semicondutor-eletrólito. Especificamente, propomos um novo modelo linearizável para as curvas características de fotocorrente-voltagem de células solares de TiO2 nanocristalino sensibilizado por corante, assim como células solares de ZnO. Descrevemos também valores previstos para os fatores de preenchimento. O modelo utiliza as equações de Butler-Volmer e de Nernst para descrever as curvas características de fotocorrente-voltagem. Um único parâmetro livre do modelo controla o fator de preenchimento. Após a renormalização, as curvas com os dados experimentais de fotocorrente-voltagem colapsam em uma única função universal. Estes avanços permitem a estimativa completa da curva de fotocorrentevoltagem e o fator de preenchimento, usando apenas três pontos experimentais, tais como, a voltagem de circuito aberto, a corrente de curto-circuito e uma medida intermediária.

Orientadores: Cláudia Longo, Fernando Aparecido Sígoli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T16:48:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_EversonThiagoSantosGeroncioda_M.pdf: 49355375 bytes, checksum: f552e7ceab4da2e918af08e239a6a01d (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O óxido de zinco é um semicondutor tipo-n que apresenta fotoatividade apenas sob radiação UV. Com o objetivo de aproveitar a radiação visível, investigou-se a incorporação de enxofre como dopante em amostras preparadas através da decomposição térmica de ZnS em atmosfera oxidante. O aquecimento de ZnS a 900°C por 30 minutos resultou em ZnO, um pó branco com estruttura de wurtzita, área de superfície de 6 m/g e energia de band gap Eg de 3,07 e 3,04 eV foram obtidas após 30 e 60 minutos a 620 °C; com coloração amarelada e estrutura de wurtzita, apresentaram área superficial de 17m/g. As propriedades eletroquímicas, investigadas em solução aquosa de Na2SO4 para eletrodos de filmes porosos depositados em vidro-FTO, indicaram comportamento de semicondutor tipo-n; sob irradiação com simulador solar, o potencial de circuito aberto negativo, VOC ~ -0,2 V, se manteve estável enquanto a fotocorrente positiva, inicialmente 120 mA cm, diminuiu gradativamente até 6 mA cm, diminuiu gradativamente até 6 mA cm após 4 horas sob irradiação. A baixa estabilidade pode ser atribuída à baixa adesão dos filmes no vidro-FTO e à fotocorrosão do semicondutor. Identificou-se a presença de íons Zn na solução, observou-se que a luz intensifica a dissolução dos óxidos em meio aquoso e que o ZnO é menos suscetível à fotocorrosão. Os eletrodos de ZnO e S:ZnO foram sensibilizados por corante de rutênio e utilizados na montagem de células solares. Os maiores valores de eficiência de conversão de luz em eletricidade, h, foram obtidos para células de 0,25 cm preparadas com eletrodos sensibilizados por 20 minutos e eletrólito líquido; as células de S:ZnO apresentaram corrente de curto circuito de 3,3 mA cm, VOC de 0,7 V e h ~ 1,0%, enquanto que as células de ZnO apresentaram valor similar de VOC, fotocorrente máxima de 0,76 mA/cm e h ~ 0,1%. Em comparação com as células de ZnO, a maior eficiência das células preparadas com ambas as amostras de S:ZnO pode estar relacionada à maior área de superfície e estabilidade mecânica destes filmes quando comparados aos de ZnO. Os estudos também foram realizados para células de S:ZnO preparadas sem o corante; o dispositivo apresentou VOC = 0,53 V, fotocorrente de 0,13 mA/cm e h ~ 0,04%. Embora o S:ZnO apresente Eg de 3,04 eV, com absorção em l < 410 nm, a eficiência de conversão é inferior à obtida na célula com do semicondutor sensibilizado com o corante. Os estudos revelaram que o S:ZnO pode ser utilizado em células solares, porém, devido à fotocorrosão, é necessário investigar meios para aumentar sua estabilidade para que não comprometa a durabilidade dos dispositivos para conversão de energia solar / Abstract: Zinc oxide is an n-type semiconductor that shows photoactivity under UV radiation. Aiming to decrease the zinc oxide band gap and consequently shift its absorption band to visible range of the electromagnetic spectrum, this work has investigated some physical chemical properties of sulfur containing zinc oxide (S:ZnO) samples. The S:ZnO samples were prepared by thermal decomposition of ZnS in oxidizing atmosphere. The heating of ZnS at 900°C for 30 minutes resulted in ZnO, a white powder with wurtzite structure with a surface area of 6 m/g and band gap energy Eg of 3.21 eV. Samples of S:ZnO, obtained by thermal treatment at 620°C for 30 and 60 minutes, have a band gap of 3.04 and 3.07 eV, respectively, yellowish color, wurtzite structure and surface area of 17 m/g. The electrochemical properties were investigated in Na2SO4 aqueous solution for porous film electrodes deposited on FTO-glass. All samples were characterized as an n-type semiconductor; under irradiation with solar simulator. The open potential circuit is negative, VOC ~ -0.2 V and remains stable while the positive photocurrent, initially 120 mA cm, gradually decreases to 6 mA cm after 4 hours of irradiation. The low stability may be attributed to poor adherence of the films on FTO-glass and to photocorrosion of the semiconductor in aqueous medium. The photocorrosion process was confirmed by presence of Zn ion in solution after the irradiation period. It was also observed that the light enhances the dissolution of S:ZnO samples in aqueous solution and that the sulfur free ZnO is less susceptible to the photocorrossion processes. The electrodes of ZnO and S:ZnO samples were sensitized by the ruthenium dye and tested as solar cells. The highest value of conversion efficiency of the light into electricity, h, was obtained for S:ZnO (Eg = 3,04 eV) solar cell that was prepared with 0.25 cm electrodes sensitized by 20 minutes using a liquid electrolyte. Solar cells prepared with S:ZnO (Eg = 3,04 eV) shows short-circuit current of 3.3 mA/cm, VOC of 0.7 V and h ~ 1.0%, while the cells of ZnO showed similar value of VOC, the maximum photocurrent of 0.76 mA/cm and h ~ 0.1%. Compared with the cells of ZnO, the better efficiency of the cells prepared from both S:ZnO samples may be related to the higher surface area and mechanical stability of these films when compared to undoped ZnO. Studies were also conducted for S:ZnO cells prepared without the dye. The prepared device shows VOC = 0.53 V, ISC = 0.13 mA/cmof photocurrent and h ~ 0.04%. Even though the S:ZnO presents a a low band gap value (Eg = 3.04 eV) and absorption at 410 nm, the conversion efficiency is lower than that obtained in dye sensitized cells. Studies revealed that the S:ZnO can be used in solar cells, however, an improvement of its photostability is necessary in order to enhances the durability of the devices applied in conversion of solar energy / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química

Orientador: Luiz Carlos da Silva Filho / Resumo: Derivados de cumarina representam uma grande e importante classe de produtos naturais com diversas atividades biológicas. Entretanto, com a eletrônica orgânica e a utilização de novos materiais como absorvedores de luz, derivados de cumarina têm despertado grande interesse da comunidade científica. As cumarinas possuem grande absorção na região visível e alto rendimento quântico de fluorescência, o que sugere ser um material promissor para aplicação como corantes em células solares. Entre os métodos de síntese de cumarina descritos na literatura, podemos citar a reação de Knoevenagel, Pechmann e Perkin. A reação multicomponente (RMC) é outro método de síntese dos derivados de cumarina e foi desenvolvido pelo nosso grupo de pesquisa. As RMCs ocorrem entre três ou mais reagentes em uma única etapa reacional, no mesmo frasco. Os compostos de interesse foram obtidos através dos reagentes de partida: 4-aminocumarina, derivados de aldeído e benzoilacetato de etila, catalisados por ácidos de Lewis. A reação ocorreu na presença de NbCl5, em N2, sob refluxo, em DCM, DCE, MeCN, MeOH ou THF durante 5, 24 ou 48 h. Essas foram as condições reacionais estudadas para se estabelecer protocolos de síntese para a formação dos produtos de interesse. Os resultados mais promissores foram obtidos em 24 h, com DCE e NbCl5, com rendimentos que variam entre 38 e 58%. As caracterizações ópticas mostraram um comprimento de onda de absorção em torno de 355 nm, emissão de fluorescência em torno de 420 nm... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Coumarin derivatives represent a large and important class of natural products with diverse biological activities. However, with organic electronics and the use of new materials as light absorbers, coumarin derivatives have aroused great interest from the scientific community. Coumarins have high absorption in the visible region and high fluorescence quantum yield, which suggests to be a promising material for application as dyes sensitized solar cells. Among the methods of coumarin synthesis described in the literature, we can mention the reaction of Knoevenagel, Pechmann and Perkin. The multicomponent reaction (MCR) is another method of synthesis of coumarin derivatives and was developed by our research group. MCRs occur between three or more reactants in a single reaction step, in the same flask. Compounds of interest were obtained from the starting reagents: 4-aminocoumarin, aldehyde derivatives and ethyl benzoylacetate, catalysed by Lewis acids. The reaction occurred in the presence of NbCl5, in N2, under reflux in DCM, DCE, MeCN, MeOH or THF for 5, 24 or 48 h. These were the reactional conditions studied to establish synthesis protocols for the formation of the products of interest. The most promising results were obtained in 24 h with DCE and NbCl5 with yields ranging from 38 to 58%. The optical characterizations showed an absorption wavelength around 355 nm, fluorescence emission around 420 nm and fluorescence quantum yield reaching 0.129%. Also, the reactants: furan-... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by Willian Henrique dos Santos null (willian_santos@fc.unesp.br) on 2017-03-02T13:42:56Z No. of bitstreams: 1 DEFESA-24-02-2017.pdf: 11727986 bytes, checksum: 5e700d656e3faf3c665363a77b6371b2 (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-03-08T12:53:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 santos_wh_dr_bauru.pdf: 11727986 bytes, checksum: 5e700d656e3faf3c665363a77b6371b2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-08T12:53:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 santos_wh_dr_bauru.pdf: 11727986 bytes, checksum: 5e700d656e3faf3c665363a77b6371b2 (MD5) Previous issue date: 2017-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A demanda por fontes de energias renováveis já é uma necessidade mundial, pois, o crescimento populacional e industrial trouxe concomitantemente um aumento no consumo de energia. Infelizmente, a matriz energética dos países que estão em pleno desenvolvimento se baseia na queima de combustíveis fósseis, o que traz sérios problemas ambientais e para a saúde da população. Tendo em vista esta necessidade, este trabalho retrata o estudo sobre o uso do pentacloreto de nióbio (NbCl5) como ácido de Lewis em reações multicomponentes para a síntese de compostos derivados de cumarinas e xantenos, compostos com potencial aplicação como corantes sensibilizadores em dispositivos fotovoltaicos. Os compostos de interesse foram obtidos através dos reagentes de partida: 4-hidróxicumarina, derivados fenólicos 3,5-dimetóxifenol e 3,4,5-trimetóxifenol, aldeídos aromáticos e 1,3-ciclo-hexanodiona. Foram estudadas as condições reacionais (% NbCl5, solvente utilizado e tempo reacional) para se estabelecer protocólos de síntese para a formação dos produtos de interesse na presença do pentacloreto de nióbio. O pentacloreto de nióbio demonstrou ser capaz de promover as reações estudadas neste trabalho. Esta nova possibilidade de obtenção destes compostos é de fundamental importância, pois, estes compostos possuem um leque muito amplo de aplicações, das quais algumas foram citadas neste trabalho. / The demand for renewable energy sources is already a worldwide need, because, the population and industrial growth concurrently brought an increase in energy consumption. Unfortunately, the energy matrix of the countries that are in full development is based on burning fossil fuels, which causes serious environmental problems and the health of the population. In view of this need, this work shows that the study about the use of niobium pentachloride (NbCl5) as Lewis acid in multicomponent reactions for the synthesis of coumarin and xanthene derivatives of compounds with potential application as sensitizing dyes in photovoltaic devices. These compounds were obtained from the starting materials: 4-hydroxycoumarin, phenolic derivatives (3,5-dimethoxyphenol and 3,4,5-trimethoxyfenol, aromatic aldehydes and 1,3-cyclohexanedione. The reaction conditions (% NbCl5, solvent and reaction time) to establish protocols synthesis for the formation of the products in the presence of niobium pentachloride were studied.Niobium pentachloride has been shown to be capable of promoting the reactions studied in this work. This new method of obtaining these compounds is of fundamental importance, considering that these compounds have a wide range of applications, some of which have been cited in this work.

O presente trabalho visou estudar e caracterizar eletrólitos sólidos poliméricos (ESP) à base de gelatina plastificada com glicerol, entrecruzada com formaldeído e contendo LiI/I2 para a aplicação em células solares. O objetivo foi obter os eletrólitos à base de gelatina comercial (Dr. Oetker) de origem animal, uma vez que a mistura de aminoácidos presentes na mesma apresenta propriedades mecânicas interessantes e torna-se um gel transparente na região do visível. Glicerol foi usado para promover a plastificação e o formaldeído para promover as ligações cruzadas na mistura das proteínas aumentando a estabilidade e resistência dos filmes. As fontes iônicas foram o LiI.2H2O e I2 na proporção de 10:1 m/m. O estudo revelou que as amostras apresentaram os valores de condutividade iônica de 7,68 x 10-5 S.cm-1, 6,38 x 10-5 S.cm-1, 8,81 x 10-5 S.cm-1, 9,97 x 10-5 S.cm-1 e 7,87 x 10-5 S.cm-1 dependendo da concentração da mistura LiI.2H2O / I2 . As medidas de condutividade em função da temperatura mostraram que o mecanismo que governa a condutividade é do tipo VTF. As análises de estrutura das membranas por difração de Raios-X mostraram o caráter predominantemente amorfo e as análises térmicas (DSC) os valores da temperatura de transição vítrea (Tg) da ordem de -77ºC. A transparência das amostras de 80 a 90% foi confirmada por espectroscopia UV-Vis e as análises microscópicas (MEV) mostraram a presença de pequenos pontos brancos nas superfícies das amostras. Os eletrólitos aplicados em um pequeno protótipo de célula solar renderam um máximo de 0,15% de eficiência. / This present work aimed study and characterization of solid polymer electrolytes (SPE) based on gelatin plasticized with glycerol, crosslinked with formaldehyde and containing LiI/I2 for application in solar cells. The plan was to get the electrolytes based on commercial gelatin (Dr. Oetker) of animal, since the mixture of amino acids present interesting mechanical properties and becomes a transparent gel in the visible region. Glycerol was used to promote plasticization and formaldehyde to promote cross-linking of the mixture of proteins leading to increase the stability and strength of the films. The ion sources were LiI.2H2O and I2 at a ratio of 10:1 m/m. The study revealed that the samples showed the values of ionic conductivity of 7.68 x 10-5 S.cm-1, 6.38 x 10-5 S.cm-1, 8.81 x 10-5 S.cm-1, 9.97 x 10-5 S.cm-1 and 7.87 x 10-5 S.cm-1, depending on the concentration of the mixture LiI.2H2O / I2. Ionic conductivity measurements as a function of temperature revealed VTF conducting model. X-ray diffractogramms showed the predominantly amorphous nature and thermal analysis (DSC) values of the glass transition temperature (Tg) of about -77 ° C. The transparency of the samples of 80 and 90% was confirmed by UV-Vis and the microscopic analysis (SEM) showed the presence of small white points in the surface of the samples. The electrolytes used in small solar cell prototypes yielded a maximum of 0.15% efficiency.

O presente trabalho visou estudar e caracterizar eletrólitos sólidos poliméricos (ESP) à base de gelatina plastificada com glicerol, entrecruzada com formaldeído e contendo LiI/I2 para a aplicação em células solares. O objetivo foi obter os eletrólitos à base de gelatina comercial (Dr. Oetker) de origem animal, uma vez que a mistura de aminoácidos presentes na mesma apresenta propriedades mecânicas interessantes e torna-se um gel transparente na região do visível. Glicerol foi usado para promover a plastificação e o formaldeído para promover as ligações cruzadas na mistura das proteínas aumentando a estabilidade e resistência dos filmes. As fontes iônicas foram o LiI.2H2O e I2 na proporção de 10:1 m/m. O estudo revelou que as amostras apresentaram os valores de condutividade iônica de 7,68 x 10-5 S.cm-1, 6,38 x 10-5 S.cm-1, 8,81 x 10-5 S.cm-1, 9,97 x 10-5 S.cm-1 e 7,87 x 10-5 S.cm-1 dependendo da concentração da mistura LiI.2H2O / I2 . As medidas de condutividade em função da temperatura mostraram que o mecanismo que governa a condutividade é do tipo VTF. As análises de estrutura das membranas por difração de Raios-X mostraram o caráter predominantemente amorfo e as análises térmicas (DSC) os valores da temperatura de transição vítrea (Tg) da ordem de -77ºC. A transparência das amostras de 80 a 90% foi confirmada por espectroscopia UV-Vis e as análises microscópicas (MEV) mostraram a presença de pequenos pontos brancos nas superfícies das amostras. Os eletrólitos aplicados em um pequeno protótipo de célula solar renderam um máximo de 0,15% de eficiência. / This present work aimed study and characterization of solid polymer electrolytes (SPE) based on gelatin plasticized with glycerol, crosslinked with formaldehyde and containing LiI/I2 for application in solar cells. The plan was to get the electrolytes based on commercial gelatin (Dr. Oetker) of animal, since the mixture of amino acids present interesting mechanical properties and becomes a transparent gel in the visible region. Glycerol was used to promote plasticization and formaldehyde to promote cross-linking of the mixture of proteins leading to increase the stability and strength of the films. The ion sources were LiI.2H2O and I2 at a ratio of 10:1 m/m. The study revealed that the samples showed the values of ionic conductivity of 7.68 x 10-5 S.cm-1, 6.38 x 10-5 S.cm-1, 8.81 x 10-5 S.cm-1, 9.97 x 10-5 S.cm-1 and 7.87 x 10-5 S.cm-1, depending on the concentration of the mixture LiI.2H2O / I2. Ionic conductivity measurements as a function of temperature revealed VTF conducting model. X-ray diffractogramms showed the predominantly amorphous nature and thermal analysis (DSC) values of the glass transition temperature (Tg) of about -77 ° C. The transparency of the samples of 80 and 90% was confirmed by UV-Vis and the microscopic analysis (SEM) showed the presence of small white points in the surface of the samples. The electrolytes used in small solar cell prototypes yielded a maximum of 0.15% efficiency.