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Desenvolvimento de cÃlulas solares fotoeletroquÃmicas utilizando nanopartÃculas de TiO2 e nanotubos de titanatos fotosensibilizados pela mesoporfirina / Development of solar cells photoelectrochemical using TiO2 nanoparticles and titanate nanotubes photosensitized by mesoporphyrinAntonio Paulo Santos Souza 24 March 2014 (has links)
CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Desde o desenvolvimento da primeira cÃlula solar sensibilizada por corante em 1991, este campo de pesquisa vem crescendo consideravelmente. As nanopartÃculas de TiO2 tÃm sido o principal semicondutor aplicado neste tipo de cÃlula. PorÃm com o advento da nanociÃncia e nanotecnologia, novas estruturas semicondutoras com caracterÃsticas morfolÃgicas variadas tÃm sido bastante investigadas para este tipo de aplicaÃÃo. Nesse trabalho foi obtido nanotubos de titanato de sÃdio (NTT-Na+) com composiÃÃo Na2Ti3O7, a partir do TiO2 comercial, pelo mÃtodo hidrotÃmico em meio altamente alcalino e nanotubos de titanato protonados (NTT-H+) com composiÃÃo H2Ti3O7 a partir da lavagem dos Na2Ti3O7 em soluÃÃo de HCl 0,1 mol/L para realizaÃÃo da troca iÃnica Na+ por H+. Utilizou-se, tanto os produtos Na2Ti3O7 e H2Ti3O7 quanto o material de partida TiO2 em fotoeletrodos de cÃlulas solares sensibilizadas por mesoporfirina. Para isso, algumas lÃminas de vidro para microscopia receberam a aplicaÃÃo de filmes finos de SnO2-F por meio da tÃcnica de spray pirÃlise, adquirindo propriedades condutoras. ApÃs isso, as camadas de TiO2, Na2Ti3O7 e H2Ti3O7 foram depositadas com auxÃlio de um bastÃo de vidro sobre os substratos condutores para servirem como suportes durante a aplicaÃÃo do corante. ApÃs a adsorÃÃo do corante pelas camadas as cÃlulas foram fechadas por meio de um eletrÃlito com par redox (I3-/3I-) utilizando como contra eletrodos, vidros condutores com camadas contendo carbono em suas superfÃcies. As diferentes amostras de vidros condutores apresentaram resistÃncias elÃtricas de 4,66 â 8,66 Ω/□. As camadas de TiO2, Na2Ti3O7 e H2Ti3O7 sobre as lÃminas condutores foram analisadas por diversas tÃcnicas de microscopias e apresentaram, entre outras, caracterÃsticas porosas com superfÃcies bastantes irregulares. Por fim, ao expor as trÃs cÃlulas fotovoltaicas à radiaÃÃo solar de 1258 W/m2 foram verificados corrente elÃtrica de 13 ÂA e tensÃo de 370 mV para a cÃlula com eletrodo de Na2Ti3O7, corrente de 7,6 ÂA e tensÃo de 256 mV para a cÃlula com eletrodo de H2Ti3O7, corrente de 1,1 ÂA e tensÃo de 1,6 mV para a cÃlula com eletrodo de TiO2. / Since the development of the first dye sensitized solar cell in 1991, this field of research has grown considerably. TiO2 nanoparticles have been the main semiconductor on this kind of cell. With the advance in nanoscience and nanotechnology, new semiconductor structures with various morphological characteristics have been deeply studied for this sort of application. In this work, it was chosen to synthesize sodium titanate nanotubes (NTT-Na+) composed of Na2Ti3O7, by using anatase TiO2 associated with the hidrothermic method in high alkaline mean and titanate protonned nanotubes (NTT-H+) composed of H2Ti3O7 obtained by the washing of Na2Ti3O7 in 0,1mol/L HCl solution to perform the ionic trade, Na+ by H+. Both Na2Ti3O7 and H2Ti3O7 were used, as well as TiO2, on solar cell electrodes sensitized by mesoporfirin. In order to do that, some microscopy glass blades received the application of SnO2-F thin films by the use of the spray pyrolyse technique, acquiring conductive properties. After that, layers of TiO2, Na2Ti3O7 and H2Ti3O7 were deposited by using a glass stick over the conductive substrates, to work as support during the dye application. After the dye is adsorbed, the cells were closed using an electrolyte as redox pair (I3-/3I-) and conductive glass with layers of carbon in its surface, as counter electrode. The different samples of conductive glass showed electric resistance of 4,66 â 8,66 Ω/□. The layers of TiO2, Na2Ti3O7 and H2Ti3O7 over the conductive blades were analyzed through several microscopic techniques and presented, amongst others, porous characteristics with very irregular surfaces. While exposing the three photovoltaic devices to solar radiation of 1258 W/mÂ, the following values of current and tension were verified: 13 μA and 370 mV for the cell with Na2Ti3O7 electrode; 7,6 μA and 256 mV for the cell with H2Ti3O7 electrode; 1,1 μA and 1,6 mV for the cell with TiO2 electrode.
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Desenvolvimento de uma CÃlula Solar FotoeletroquÃmica Utilizando a Mesoporfirina Como Sensibilizador OrgÃnico / Development of a Photoelectrochemical Solar Cell Using Mesoporfirin as an Organic SensitizerFelipe SÃ Esmeraldo 10 May 2013 (has links)
CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / O estudo envolvendo o desenvolvimento de cÃlulas solares fotovoltaicas tem sido um tema bastante comentado nos Ãltimos anos. A conversÃo de energia solar em energia elÃtrica, com a utilizaÃÃo de cÃlulas solares fotovoltaicas, tem sido realizada em grande parte atravÃs de dispositivos de junÃÃo semicondutora. PorÃm, vem ocorrendo algumas modificaÃÃes quanto ao uso dos materiais para o desenvolvimento destas cÃlulas, dentre
essas mudanÃas pode se destacar o uso de corantes fotoexcitÃveis ou sensibilizadores.
Neste trabalho utilizou-se a mesoporfirina, obtida a partir do LÃquido da Casca da
Castanha de Caju, como sensibilizador de uma cÃlula solar fotoeletroquimica. Inicialmente uma lÃmina de vidro para microscopia recebeu a aplicaÃÃo de um filme fino de SnO2:F atravÃs da tÃcnica de spray pirÃlise, passando a apresentar propriedades condutoras. ApÃs isso, uma camada de TiO2:Ag foi aplicada sobre o vidro condutor para servir como suporte durante a imersÃo em soluÃÃo de mesoporfirina. ApÃs a adsorÃÃo do corante pela camada de TiO2:Ag, adicionou-se o eletrÃlito (I-/I3 -) e, por fim, a cÃlula foi fechada utilizando como contra eletrodo, um vidro condutor contendo uma camada de carbono em sua superfÃcie. As diferentes amostras de vidros condutores apresentaram resistÃncia elÃtrica de 3,77 â 8,00 Ω/□ e transmitÃncia em torno de 60% para comprimentos de onda de λ ≥ 600nm. A camada de TiO2:Ag aplicada apresentou uma espessura de cerca de 30 μm. Com a exposiÃÃo à luz solar foi verificado que ocorre na cÃlula uma corrente elÃtrica de 60,5 μA e tensÃo de 20,7mV / The study involving the development of photovoltaic solar cells has been a much commented subject on the past few years. The conversion of solar energy into electrical energy, with use of photovoltaic solar cells, has been done mostly through the use of semi conductive junction devices. But there have been some modifications about the materials used for the development of these cells; amongst these changes we can highlight the use of photo excitable dyes or sensitizers. In this work was used mesoporfirin, obtained from the liquid of the cashew nut, as the sensitizer in a photoelectrochemic solar cell. Initially, a glass used in microscopy received the application of a SnO2:F thin film through spray pyrolysis technique, thus presenting conductive properties. After that, a layer of TiO2:Ag was applied over the conductive glass to act as a support during the immersion in mesoporfirin solution. After thee adsorption of the dye by the TiO2:Ag layer, an electrolyte (I-/I3 -) was added and, in the end, the cell was closed using as counter electrode, a conductive glass containing a layer of carbon in its surface. The different samples of conductive glass presented electric resistance of 3,77 â 8,00 Ω/□ and transmittance around 60% with wave lengths of λ ≥ 600nm. The TiO2:Ag layer applied presented a 30 μm thickness. With the exposure to sun light an electric current of 60,5 μA and a tension of 20,7mV was verified
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