Orientador: Ana Flávia Nogueira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-17T19:59:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Benedetti_JoaoEduardo_D.pdf: 8810025 bytes, checksum: 02324ef0185baef0d7794ea229fb5cda (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho consistiu na preparação, caracterização e posterior aplicação de eletrólitos poliméricos gel em celulas solares de TiO2/corante. No Capítulo I, e apresentado uma introdução geral sobre células solares e eletrólitos poliméricos. O Capítulo II contém os objetivos deste trabalho. No Capítulo III, são preparados os eletrólitos polimérico gel utilizando a matriz polimérica de poli(oxido de etileno-co-2-(2-metoxietoxi) etil glicidil eter) (P(EO/EM)) contendo I2 e várias concentrações de g-butirolactona (GBL) e LiI. Esses eletrólitos foram caracterizados por medidas de calorimetria exploratória diferencial (DSC), ressonância magnética de Li (RMN), termogravimetria (TGA), difração de raios-X (DRX), condutividade e voltametria cíclica (VC). O eletrólito polimérico gel P(EO/EM)/GBL/LiI/I2 apresentou excelentes propriedades químicas e eletroquímicas. Esses eletrólitos foram aplicados nas células solares de TiO2/corante, conforme e apresentado no Capítulo IV. As células solares foram caracterizadas por meio das curvas de corrente-potencial (J-V), estimativa do tempo de vida do eletron e espectroscopia de absorção transiente (TAS). De modo geral, os dispositivos montados com o eletrólito polimérico (P(EO/EM)/GBL/LiI/I2 apresentaram um aumento da fotocorrente com a incorporação de GBL no eletrólito. Esse resultado e influência da maior difusão das especies redox no meio. Em contrapartida, o aumento da concentração de GBL no eletrólito também provocou uma acentuada perda no potencial de circuito aberto, o que foi relacionado ao aumento dos processos de recombinação na interfaces, contribuindo para a perda da eficiência das células solares. Para minimizar esses efeitos, no Capítulo V, e apresentada a caracterização por meio das curvas de corrente-potencial da célula solar de TiO2/corante montadas com o eletrólito P(EO/EM)/GBL/LiI/I2 preparado com terc-butilpiridina e éter coroa. A incorporação desses aditivos proporcionou um aumento de Voc das células solares e, consequentemente, da eficiência dos dispositivos. O Capítulo VI apresenta os testes de estabilidade das células solares de TiO2/corante preparadas com o eletrólito polimérico gel, no qual apresentou estabilidade apropriada durante 30 dias de teste. O Capítulo VII contém as principais conclusões deste trabalho e perspectiva de continuação para esta linha de pesquisa / Abstract: This thesis consisted in the preparation, characterization and application of gel polymer electrolytes in dye-sensitized TiO2 solar cells. A general introduction to solar cells and to polymer electrolytes will be presented in Chapter I. Chapter II describes the aims of this work. Chapter III deals with the preparation of gel polymer electrolytes based on the poly(ethylene oxide-co-2-(2-methoxyethoxy) ethyl glycidyl ether) (P(EO/EM)) polymer matrix containing I2 and different concentrations of g-butyrolactone (GBL) and LiI. These electrolyte samples were characterized by differential scanning calorimetry (DSC), Li nuclear magnetic resonance (Li RMN), thermogravimetry (TGA), X-ray diffraction (RDX), conductivity measurements and cyclic voltammetry (VC). The gel polymer electrolyte P(EO/EM)/GBL/LiI/I2 provided excellent chemical and electrochemical properties. The electrolytes were applied in dye-sensitized TiO2 solar cells, as discussed in Chapter IV. Solar cells were characterized by current-voltage (IV) curves, electron lifetime measurements and transient absorption spectroscopy (TAS). Most of the solar cells based on the polymer electrolyte P(EO/EM)/GBL/LiI/I2 presented an increase in photocurrent with the addition of GBL to the electrolyte composition. This result may be explained by the enhanced diffusion of redox species in the medium. However, a significant decrease in open-circuit voltage was observed after increasing the GBL concentration in the electrolyte composition. The decrease in open-circuit voltage was assigned to an increase in recombination losses taking place at the interfaces, which resulted in solar cells with lower performance. In order to minimize these drawbacks, dye-sensitized TiO2 solar cells were assembled with the electrolyte P(EO/EM)/GBL/LiI/I2 containing 4-tert-butylpyridine and crown ether molecules. The addition of these additives provided an increase in Voc and, consequently, improved device performance. The characterization of these solar cells based on gel polymer electrolyte containing additives was carried out by means of current-voltage (I-V) curves, as discussed in Chapter V. Dye-sensitized TiO2 solar cells based on gel polymer electrolyte were subjected to durability tests. Good durability results were achieved during a 30-day test, which are discussed in Chapter VI. Chapter VII deals with the main conclusions of this work and outlines some perspectives for the next steps of this research / Doutorado / Quimica Inorganica / Doutor em Ciências

Orientadores: Francisco das Chagas Marques, Ana Flávia Nogueira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-26T08:45:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Coutinho_NataliadeFaria_M.pdf: 12394800 bytes, checksum: 1d28bb92259a5c9eb6848a0fe678b6b3 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A demanda mundial de energia elétrica tem crescido muito nas últimas décadas, o que tem levado a uma busca mais expressiva por fontes de energia renováveis e sustentáveis. Deste modo, as células solares, que através do efeito fotovoltaico convertem a energia proveniente do sol em energia elétrica, tem ganhado atenção. Dentre os vários tipos de células solares, se encontram as células solares sensibilizadas por corante, DSSC, que têm ganhado interesse de estudiosos da área por apresentarem uma possibilidade de geração de energia elétrica a baixo custo. Para que essas células ganhem competitividade no mercado, é necessário que suas eficiências aumentem, e é nesse ramo de pesquisa que o presente trabalho se coloca. Este trabalho foi baseado no estudo e otimização da eficiência de células solares sensibilizadas por corante, onde verificamos a influência de vários fatores na eficiência das células. Dentre eles, se encontram o processo de manufatura das células, o pós-tratamento de TiCl4 sobre o filme nanoestruturado de TiO2, a composição da pasta de TiO2 e do eletrólito líquido, o método de deposição da Pt no contra-eletrodo, e a utilização de uma camada espalhadora de luz com nanopartículas de TiO2 da ordem de 200nm. Além disso, um estudo a respeito do efeito de uma blocking layer de TiO2 entre o FTO e o filme nanoestruturado de TiO2, depositada pela técnica conhecida como atomic layer deposition, ALD, também foi realizado, o que levou a um aumento na eficiência das células. Através desses estudos, conseguimos aumentar a eficiência das células em até 90% se comparado às primeiras células que produzimos (de 3,9% a 7,4%), atingindo valores de tensão de circuito aberto Voc, densidade de corrente de curto-circuito Jsc, fator de preenchimento FF e eficiência ? de até 0,71V, 14,38mA/cm2, 0,67 e 7,4%, respectivamente. Deste modo, uma melhora significativa na performance das células foi observada, chegando a resultados comparáveis aos obtidos por diversos grupos de pesquisa em todo o mundo / Abstract: World demand for electricity has grown in the last decades, which has led to a more expressive search for renewable and sustainable energy sources. Consequently, solar cells have been getting attention because of their capacity to convert energy from the sun into electrical energy through the photovoltaic effect. Among the various types of solar cells, there are the dye-sensitized solar cells, DSSC, which have gained interest of the solar cell community for having a possibility of power generation at low cost. In order to these cells get market competitiveness, it is necessary to increase their efficiency, and this is the research field that the present work is placed into. This thesis was based on the study and optimization of dye-sensitized solar cells efficiency, where we could see the influence of various factors in cells efficiency. Among these, there are the cells manufacturing process, the post-treatment on nanostructured TiO2 films using a TiCl4 solution, the composition of the TiO2 paste and the liquid electrolyte, the method of Pt deposition at the counter electrode, and the use of a reflecting layer with 200nm TiO2 nanoparticles. In addition, a study of the effect of a TiO2 blocking layer between the FTO and the nanostructured TiO2 film deposited by the technique known as atomic layer deposition, ALD, was also performed, which led to an increase in cells efficiency. Through these studies, we could increase cells efficiency by up to 90% compared to the first cells we produced (from 3,9% to 7,4%), reaching values of open circuit voltage Voc, short circuit current density Jsc, fill factor FF and efficiency _ of up to 0,71V, 14,38mA/cm2, 0,67 and 7,4%. Thus, a significant improvement in cells performance was observed, reaching results comparable to that obtained by many research groups around the world / Mestrado / Física / Mestra em Física