Orientadores: Marco-Aurelio De Paoli, Claudia Longo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T15:23:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nogueira_VivianeCarvalho_M.pdf: 7956042 bytes, checksum: 3497431ee35a85b9d6ad28d95b6055c0 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: As células solares de TiO2 sensibilizadas por corante, DSSC, são constituídas por um filme nanoporoso de TiO2 modificado por um corante fotosensibilizador, um eletrólito no qual está presente o par redox I¨/I3¨, e um contra-eletrodo de platina. Desde 1996 o Laboratório de Polímeros Condutores e Reciclagem (LPCR) do Instituto de Química da Unicamp vem se dedicando ao desenvolvimento de células solares de TiO2/corante de estado sólido, através do emprego de eletrólitos poliméricos. A substituição do eletrólito líquido por um eletrólito polimérico visa minimizar os problemas decorrentes de vazamento ou evaporação do solvente, além de facilitar a montagem dos dispositivos. Estudos anteriores mostraram que as DSSC com eletrólito polimérico apresentam uma baixa estabilidade. Como a durabilidade de um dispositivo é um fator fundamental visando sua produção e uso em larga escala, o objetivo desta dissertação foi investigar as possíveis causas da baixa estabilidade das DSSC e otimizar a composição do eletrólito polimérico baseado em poli(epicloridrina-co-óxido de etileno), P(EO-EPI)84:16, NaI e l2, visando obter células solares com maior eficiência e estabilidade. Os resultados obtidos mostraram que a baixa estabilidade destas células está relacionada com a elevada quantidade de solvente residual presente no dispositivo após o término de sua montagem. A primeira parte do trabalho consistiu em eliminar esta interferência. O eletrólito polimérico foi otimizado através da adição do plastificante poli(etileno glicol) metil éter, P(EGME), que levou a uma redução significativa da temperatura de transição vítrea (Tg) do material polimérico, aumentando a flexibilidade das cadeias poliméricas e também participando na coordenação dos cátions Na, levando ao aumento da condutividade do eletrólito polimérico (s = 1,7 x 10 S cm, para 13 % m/m NaI). O coeficiente de difusão estimado para os íons no eletrólito polimérico com plastificante foi de 2 x 10 cms, aproximadamente 5 vezes maior do que para o eletrólito sem plastificante. A adição do plastificante não comprometeu as estabilidades térmicas, eletroquímicas e dimensionais dos filmes de eletrólito polimérico. A DSSC preparada com o eletrólito de P(EO-EPI) : P(EGME) (1:1) e 13 % (m/m) de NaI/I2 apresentou uma corrente de curto-circuito (ISC) de 1,88 mA cm e eficiência de conversão de energia (h) de 0,52 % (100 mW cm). Sob 10 mW cm, ISC = 0,60 mA cm e h = 1,75 %. Estes resultados mostram que a adição do plastificante contribuiu para melhorar o desempenho da célula solar e o estudo de estabilidade desta DSSC mostrou uma redução de menos de 15 % na eficiência de conversão de energia após 30 dias de irradiação. / Abstract: Dye sensitized solar cells, DSSC, consist of a nanoporous TiO2 electrode modified by a Ru-complex dye, an electrolyte containing the redox couple I¨/I3¨and a Pt counter electrode. Since 1996 the Conductive Polymers and Recycling Laboratory (LPCR) of the Chemistry Institute at Unicamp is developing solid state dye sensitized solar cells through the use of polymer electrolytes. The substitution of the liquid electrolyte by a polymeric one, eliminates the need of perfect sealing and avoids many problems caused by leakage or evaporation of the solvent, besides making the assembly of the cells much easier. Previous works showed that the DSSC assembled with polymer electrolytes present a poor stability. The durability of a device is a very important parameter when considering practical interests for application of DSSC, so the aim of this dissertation was to investigate the major causes of the poor stability ofthe DSSC and to optimize the composition of the polymer electrolyte based on poly(epichlorohydrin-co-ethylene oxide), P(EO-EPI)84:16, NaI and I2, in order to obtain solar cells with improved efficiency and stability. The results showed that the poor stability of the solar cells could be assigned to the presence of a large amounts of residual solvent in the assembled devices. The first step of the work consisted in eliminating this interference. The polymer electrolyte was optimized through the addition of the plasticizer, poly(ethylene glycol methyl ether), P(EGME), leading to a significant reduction of the copolymer glass transition temperature (Tg), increasing the chains flexibility, and also coordinating the Nacations, enhancing the ionic conductivity of the polymer electrolyte (s = 1.7 X 10 S cm, with 13 wt. % NaI). The diffusion coefficient estimated for the polymer electrolyte with the plasticizer was 2 x 10 cm s, about 5 times larger than for the electrolyte without plasticizer. The plasticizer did not affeet the thermal, electrochemical and dimensional stabilities of the polymer electrolyte films. The DSSC assembled with the polymer electrolyte based on P(EO-EPI) : P(EGME) (1:1) and 13 wt. % of NaI/I2 showed short circuit current (ISC) of 1.88 mA cm and overall conversion efficiency (h) of 0.52 % (100 mW cm). At 10 mW cm, ISC = 0.60 mA cm and h = 1.75 %. These results show that the plasticizer enhanced the performance of the solar cell. The stability test showed a reduction of less than 15 % in the efficiency of energy conversion after irradiating the DSSC for 30 days. / Mestrado / Quimica Inorganica / Mestre em Química

Orientador: Ana Flávia Nogueira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T11:57:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SantosJunior_GarbasAnacleto_M.pdf: 5163839 bytes, checksum: 6d357533b5e3fc16413a4febf8f9d075 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho são apresentados os resultados da preparação e caracterização de eletrólitos poliméricos usando matriz polimérica de um copolímero derivado de PEO - poli (óxido de etileno-co-2-(2-metoxietoxi) etil glicidil éter) - P(EO-EM) - visando à substituição do par redox, I/I3 , usualmente mais comum em células solares do tipo DSSC, por pares de íons de metais de transição, como Fe e Co . Os eletrólitos foram preparados utilizando razões mássicas fixas de P(EO-EM):GBL de 30-70%. Para os eletrólitos de ferro foram utilizados os sais de FeCl2 + FeCl3·6H2O e para os eletrólitos de cobalto CoCl2 · 6H2O + CoF3. Em ambos os casos foram estudados razões molares entre os cátions de valência II:III de 1:1 e 10:1. Diferentes razões mássicas foram estudadas, sendo estas de 2, 5, 8 e 16% para os eletrólitos de ferro e de 1, 2, 3 e 5% para os eletrólitos de cobalto. Valores máximos de condutividade para os eletrólitos contendo sais de ferro foram de 1,88 x 10 e 1,40 x 10 S cm-1, para concentrações de 16% de sal e razões de 1:1 e 10:1 (Fe:Fe), respectivamente. Enquanto que no caso dos eletrólitos contendo cátions de cobalto foram de 1,41 x 10 e 1,16 x 10 S cm, para concentrações de 5% de sal e razões de 1:1 e 10:1 (Co:Co), respectivamente. Testes de PIA- Photoinduced Absorption Spectroscopy mostraram a eficiência do par redox Fe para regeneração dos corantes L0, N719, D35 e Z907. Entretanto, os mesmos testes mostraram a eficiência do par redox Co para regeneração somente do corante L0. A confecção de dispositivos do tipo DSSC com eletrólitos contendo sais de Fe e Co apresentaram resultados insatisfatórios, possivelmente relacionado com a alta taxa de recombinação do elétron ejetado no TiO2 com os mediadores redox / Abstract: This work presents the results of the preparation and characterization of polymer electrolytes using polymeric matrix of a PEO copolymer-poly (ethylene oxide-co-2-(2-methoxyethoxy) ethyl glycidyl ether) - P (EO-EM) - in order to substitute the redox couple , I-/I3-, usually most common mediators in DSSC solar cells, by transition metal ions pairs, such as Fe and Co . The electrolytes were prepared using fixed P(EO-EM) : GBL weight ratios of 30-70 % . The iron electrolytes were prepared using FeCl2 + FeCl3 o 6H2O salts and CoCl2 o 6H2O + CoF3 were used for the cobalt electrolytes. In both cases, it was studied the molar ratios between cations with valence of II: III of 1:1 to 10:1. Different weight ratios were studied, 2 , 5, 8 and 16% for iron electrolytes and 1 , 2, 3 and 5% for the cobalt electrolytes . Maximum conductivity values for the electrolyte containing iron salts were 1.88 x 10 and 1.40 x 10 S cm at salts concentrations of 16 % and ratios from 1:1 to 10:1 (Fe:Fe), respectively. While in the case of electrolyte containing cobalt cations the conductivity values were 1.41 x 10 and 1.16 x 10 S cm -1 at salts concentrations of 5 % and ratios from 1:1 to 10:1 ( Co:Co), respectively . PIA tests - Photoinduced Absorption Spectroscopy- showed the efficiency of the FeII/III redox couple for the regeneration of L0 , N719 , Z907 and D35 dyes. However, the same tests have shown that the CoI redox couple were only able to regenerate the L0 dye. The DSSC devices with electrolytes containing Fe and Co salts showed unsatisfactory results, possibly related to the high rate of recombination of the electron ejected in TiO2 with the redox mediators / Mestrado / Quimica Inorganica / Mestre em Química