Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-26Bitstream added on 2014-06-13T20:02:11Z : No. of bitstreams: 1 goes_ms_dr_araiq.pdf: 3670097 bytes, checksum: d69a455bd6ce2d38167baa998e957859 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Diferentes morfologias nanoestruturadas foram estudadas por Espectroscopia de Impedância visando ampliar as suas funcionalidades em células solares. As análises realizadas em células solares sensibilizadas por corante à base de nanotubos de ZnO são reportadas. Essas células exibiram uma alta eficiência para coleta dos elétrons ao longo dos nanotubos de ~64 μm de comprimento. A Espectroscopia de Impedância Eletroquímica, a análise de potencial de circuito aberto e de conversão dos fótons incidentes em corrente elétrica foram usados para estudar o transporte e o tempo de vida das cargas elétricas durante o processo de conversão de energia. Apesar de o fotoanodo ser relativamente extenso, o tempo de extração da carga foi muito mais rápido do que o observado para nanopartículas de TiO2 tradicionais aplicados a esse tipo de célula. A coleta rápida dos elétrons é de importância prática porque permite uma alternativa ao uso do par redox convencional ( ), uma vez que a dinâmica na intercepção do elétron é mais rápida ocasionando uma significativa redução de perda na fotocorrente. Em outra frente são relatadas as análises efetuadas em células à base de TiO2 recobertas com ZrO2 e que empregam Spiro-OMeTAD como molécula condutora de buracos. Filmes mesoporosos de TiO2 recobertos com ZrO2 foram utilizados como elétrodos ativos para aplicação em células solares do estado sólido, sendo que os dispositivos foram caracterizados por Espectroscopia de Impedância Eletroquímica. A técnica de deposição de camadas atômicas de ZrO2 foi usada com o intuito de passivar os estados de aprisionamento superficiais durante o funcionamento do dispositivo. Isso foi realizado mediante o recobrimento (precisão em Angström) dos filmes mesoporosos de TiO2 com óxido de zircônio. Foi possível verificar que o recobrimento produz um aumento no desempenho geral da... / Different nanostructured anode morphologies - aiming at extending the functionality in solar cells - had been studied by Electrochemical Impedance Spectroscopy. The analyses were carried out in dye-sensitized solar cells based on ordered arrays of polycrystalline ZnO nanotubes. These cells exhibit efficient electron collection over the entire photoanode of ~64 μm length. Electrochemical Impedance Spectroscopy, open circuit photovoltage decay and incident-photon-to-current efficiency spectra are used to quantify conductivity and lifetime. Although the photoanode used is relatively long, the extraction time was faster than in traditional photoanodes based on TiO2 nanoparticles. The fast collection of electrons is of practical importance; it allows an alternative to the use of the conventional redox electrolyte ( ), because electron-interception dynamics is faster, which reduces significantly the photocurrent loss. On the other hand, solid-state dye-sensitized solar cells based on TiO2/ZrO2 core/shell nanoparticles, using a hole transport molecule named Spiro-OMeTAD, were also characterized. The atomic layer deposition technique was used with the intention of passivating the TiO2 surface with ZrO2. It was observed that the coating enhances the general performance of the photoelectrochemical cell after two ZrO2 deposition cycles. The Electrochemical Impedance Spectroscopy measurements provided evidence that the ZrO2 coating reduces recombination losses at the TiO2/Spiro-OMeTAD interface. Besides, the technique showed that the ZrO2 coating reduces the inductive effect at low frequency, this reduction being attributed to the passivation of localized surface states. Finally, results on the study of the effect of the Spiro-OMeTAD concentration (5 to 25 %) in the fabrication of solar cells, are discussed. Variations in recombination and capacitance correlate well with the ... (Complete abstract click electronic access below)

PEREIRA, M. S. Application of oxide nanoparticles obtained by proteic sol-gel and mechanical alloying in third generation solar cells. 2017. 111 f. Tese (Doutorado em Ciência de Materiais)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-09-04T11:10:34Z No. of bitstreams: 1 2017_tese_mspereira.pdf: 13402245 bytes, checksum: dd889d251f2150005d41a69d0cf73261 (MD5) / Rejected by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br), reason: Trocar arquivo pelo que enviei on 2017-09-05T17:23:42Z (GMT) / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-09-06T03:47:08Z No. of bitstreams: 1 2017_tese_mspereira.pdf: 13402371 bytes, checksum: 991134ad6964927221010b9bcb4be35f (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-09-06T13:05:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_tese_mspereira.pdf: 13402371 bytes, checksum: 991134ad6964927221010b9bcb4be35f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-06T13:05:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_tese_mspereira.pdf: 13402371 bytes, checksum: 991134ad6964927221010b9bcb4be35f (MD5) Previous issue date: 2017-08-01 / The development of new energy technologies is crucial to climate stability and security in the planet. Considering the current energy consumption on a global scale it becomes evident the need to develop new alternative energy sources, especially those that are preferentially renewable, clean and economical. Among the renewable energy sources currently used, solar energy is an attractive source because it is abundant and free of CO2 . Photovoltaic solar cells are just one of several ways to harness solar energy, converting it directly into electricity. Currently, traditional solar technologies have been used to a limited degree in energy production because of the high costs. However, third generation solar cells offer a potential route for large-scale solar energy deployment because they utilize materials that are abundant in nature and low cost production technologies. Commonly called excitonic solar cells, third generation photovoltaic devices encompass a wide variety of solar cells such as dye-sensitized solar cells and organic solar cells. Both offer a technically and economically reliable alternative to the current concept of photovoltaic devices based on p-n junctions. In this doctoral thesis, nanoparticles of semiconductor oxides and spinel ferrites produced by protein sol-gel and mechanical alloying were applied to dye-sensitized and organic solar cells in order to improve their efficiency and stability. Prior to their application, the nanoparticles had their thermal, structural, optical and magnetic properties characterized. Solar cells efficiency was evaluated by electrical characterization methods such as current–voltage curves and external quantum efficiency measurements, and their stability, when applicable, was studied by accelerated and real outdoor degradation tests. Nanoparticles of semiconduncting SnO2 produced by the proteic sol-gel method were successfully applied as photoanodes in dye-sensitized solar cells. The results confirmed the formation of spherical nanoparticles of rutile SnO2 with an optical absorption band in the ultraviolet region near the visible light range. The performance of the cells was found to be in line with results in the literature. Moreover, nanoparticles of Fe-doped SnO2 diluted magnetic seminconductor and CoFe2O4 spinel ferrite produced by mechanical alloying and proteic sol-gel, respectively, were applied as dopants in the active layer of organic solar cells. An improvement on photovoltaic parameters that may lead to better cell efficiency and stability was observed for devices with doped active layers. The results are indications that the addition of magnetic oxide nanoparticles in the active layer of organic solar cells has the potential to contribute to the extension of lifetime and improvement of efficiency and stability of these devices. / O desenvolvimento de novas tecnologias energéticas é crucial para a estabilidade do clima e segurança do planeta. Considerando o consumo energético atual em escala global torna-se evidente a necessidade do desenvolvimento de novas fontes alternativas de energia, especialmente aquelas que são preferencialmente renováveis, limpas e econômicas. Entre as fontes de energias renováveis usadas atualmente, a energia solar é uma fonte atraente pois é abundante e livre de CO2 . Células solares fotovoltaicas são uma das várias maneiras de aproveitar a energia solar, convertendo-a diretamente em eletricidade. Atualmente, as tecnologias solares tradicionais têm sido utilizadas num grau limitado na produção de energia devido aos custos elevados. Todavia, as células solares de terceira geração oferecem uma rota potencial para implantação de energia solar em larga escala, pois utilizam materiais abundantes na natureza e tecnologias de produção de baixo custo. Comumente denominadas células solares excitônicas, dispositivos fotovoltaicos de terceira geração englobam uma grande variedade de células solares tais como células solares sensibilizadas por corante e células solares orgânicas. Ambas apresentam uma alternativa técnica e economicamente confiável ao conceito atual de dispositivos fotovoltaicos baseados em junção p-n. Nesta tese de doutorado, nanopartículas de óxidos semicondutores e ferritas com estrutura espinélio produzidos por sol-gel proteico e moagem mecânica foram aplicadas em células solares sensibilzadas por corante e orgânicas com o intuito de melhorar sua eficiência e estabilidade. Antes da sua aplicação, as nanopartı́culas tiveram suas propriedades térmicas, estruturais, ópticas e magnéticas caracterizadas. A eficiência das células solares foi avaliada por meio de métodos de caracterização elétrica como a curva corrente-voltagem e eficiência quântica externa enquanto sua estabilidade, quando foi o caso, foi estudada por testes de degradação acelerada e em condições ambientais. Nanopartı́culas de SnO2 semicondutor produzidas pelo método sol-gel proteico foram usadas com sucesso como fotoanodo em células solares sensibilizadas por corante. Os resultados obtidos confirmaram a formação de nanopartı́culas esféricas de SnO2 com estrutura rutı́lio com banda de absorção óptica na região do ultravioleta próximo da faixa de luz visı́vel. O desempenho das células obtidas foi consistente com a literatura. Além disso, nanopartı́culas de óxido semi- condutor magnético diluı́do SnO 2 dopado com Fe e ferrita espinélio CoFe2O4 produzidas por moagem mecânica e sol-gel proteico, respectivamente, foram aplicadas como dopantes na camada ativa de células solares orgânicas. Foi observada uma melhora dos parâmetros fotovoltaicos que pode levar a uma melhor eficiência e estabilidade dos dispositivos com camada ativa dopada. Esses resultados indicam qua a adição de nanopartı́culas de óxidos magnéticos na camada ativa de células solares orgânicas tem o potencial de contribuir para a extensão do tempo de vida e melhoria da eficiência e estabilidade desses dispositivos.

Submitted by MARCOS LEANDRO TEIXEIRA DE OLIVEIRA (marcosteixeira@ufv.br) on 2018-10-09T12:35:28Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2380788 bytes, checksum: 6786ae497ba88ba9e7ba1903d6231300 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-09T12:35:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2380788 bytes, checksum: 6786ae497ba88ba9e7ba1903d6231300 (MD5) Previous issue date: 2018-07-16 / Devido ao crescimento da população mundial, o uso da terra se tornou uma valiosa commodity, criando a necessidade de se estudar maneiras de diminuir a ocupação de área para assegurar o desenvolvimento de futuras gerações. Sistemas fotovoltaicos fixos ao solo possuem a desvantagem de ocupar grandes áreas que poderiam ser utilizadas para a agricultura, construção de indústrias, edifícios, etc. Nesse sentido, surge uma forma alternativa de posicionamento de placas na forma de uma árvore fotovoltaica, uma nova e promissora maneira de integrar a energia solar fotovoltaica às construções e ao espaço urbano em geral, otimizando ao máximo o espaço necessário. Uma árvore fotovoltaica é basicamente como uma árvore natural, mas com células solares posicionadas no lugar das folhas. Entretanto, o sombreamento causado pelas “folhas” neste tipo de disposição pode causar uma queda na geração de energia do conjunto. Dessa forma, o objetivo desta dissertação foi realizar a comparação do sistema tradicional de painéis com a árvore fotovoltaica. Para isso, foi projetado um sistema automático de aquisição de dados para se computar a energia gerada por cada conjunto. Além disso, três diferentes arranjos de árvores fotovoltaicas foram comparados: árvore 1, com 16 células; árvore 2, com 20 células; árvore 3, com 30 células, a fim de se encontrar o melhor design de sistema, balanceando o número de células com a geração de energia. O sistema de aquisição de dados construído foi utilizado para a realização do experimento, medindo a geração de energia de cada conjunto. Ao final, a árvore 2 foi o sistema que mais gerou energia, apesar de não possuir o maior número de células. Estima-se então, que para este estudo, a distância ótima de posicionamento dos galhos de uma árvore fotovoltaica equivale a 5% do comprimento total da estrutura central de sustentação. Comparando-se as Árvores 1 e 3, concluiu-se que a construção da Árvore 3 não é vantajosa, uma vez que se pode obter uma geração de energia equivalente (apenas 3% inferior) ao se construir a Árvore 1, que é cerca de 35% mais barata. Pode-se dizer que a Árvore 3 está melhor desenhada para os períodos da manhã e da tarde. Por volta do meio dia, a ocorrência de sombreamento é maior devido à maior altura solar, diminuindo assim a energia gerada pela Árvore 3. / Due to the growth of the world population, land use has become a valuable commodity, creating a need to study ways to reduce area occupation to ensure the development of future generations. Photovoltaic systems fixed to the ground have the disadvantage of occupying large areas that could be used for agriculture, construction of industries, buildings, etc. In this sense, there is an alternative form of panel positioning in the form of a photovoltaic tree, a new and promising way to integrate photovoltaic solar energy into buildings and urban space, optimizing the space used as much as possible. A photovoltaic tree is basically like a natural tree, but with solar cells positioned in the place of the leaves. However, the shading caused by the "leaves" in this type of arrangement can decrease energy generation of the system. Thus, the objective of this work was to compare the traditional panel system with the photovoltaic tree. For that, an automatic data acquisition system was designed to compute the energy generated by each set. In addition, three different arrangements of photovoltaic trees were compared: tree 1, with 16 cells; tree 2, with 20 cells; and tree 3 with 30 cells in order to find the best system design, balancing the number of cells with the generation of energy. The proposed data acquisition system was used to perform the experiment, measuring the energy generation of each set. In the end, tree 2 was the system that generated the most energy, despite not having the largest number of cells. It is estimated that for this study, the optimal positioning distance of the branches in a photovoltaic tree is equivalent to 5% of the total length of the central support structure. Comparing Trees 1 and 3, it was concluded that the construction of Tree 3 is not advantageous, since an equivalent energy generation (only 3% lower) can be obtained by constructing Tree 1, which is about 35% cheaper. It can be said that Tree 3 is best designed for the morning and afternoon periods. Around noon, shade occurrence is higher due to the higher solar height, thus decreasing the generated energy by Tree 3.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-03-05Bitstream added on 2014-06-13T20:07:39Z : No. of bitstreams: 1 catto_ac_me_bauru.pdf: 1118478 bytes, checksum: 91862c7c0ab732aaf99e455ed18b8bb1 (MD5) / As alterações climáticas, em grande parte, proveniente da emissão de CO2 derivado da queima de combustíveis fósseis para produção de energia, têm incentivado a pesquisa e o desenvolvimento de novas fontes alternativas de energia menos pulentes e que produzam pouco impacto ambiental. Uma das alternativas energéticas mais promissoras é a energia gerada pelo sol, principalmente em países onde há um alto índice de incidência de radiação solar. O óxido de zinco (ZnO) apresenta transmitância óptica na região do visível acima de 80% e baixa resistividade elétrica. Este material tem sido estudado como candidato para substituir o In2O3:Sn (ITO) em aplicações como eletrodos de células solares, pois além de ser economicamente viável, é atóxico e possui alta estabilidade química. Neste trabalho filmes finos de ZnO puro foram depositados pelas técnicas de spin, dip-coating e evaporação por feixe de elétrons (EBE). As resinas precursoras de ZnO foram sintetizadas pelo método dos precursores poliméricos utilizando diferentes precursores de Zn (acetato, óxido ou nitrato de zinco), com a finalidade de investigar as propriedades estruturais e ópticas dos filmes finos de ZnO preparado por diferentes técnicas e diferentes precursores. Os filmes foram caracterizados por difração de raios-X (DRX), medidas de espectro na região do UV-vi e microscopia de força atômica (AFM). Todas as amostras obtidas através das diferentes técnicas de deposição apresentaram alto grau de transmitância óptica (80%) e o mesmo valor de energia de gap (3,28 e V). Também foram obtidas amostras na forma de pó, sintetizado com os três diferentes precursores, visando um estudo aprofundado da influência do precursor utilizado nas propriedades do material. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X, análises... / Climate changes are mainly due to the increasing CO2 atmospheric concentration caused by the burning of fossils fuels. In this context, researh and development of alternative sources of renewable energy have been encouraged for energy production. One of most promising alternative for energy production is Solar Energy, especially in countries with high incidence of solar radiation. Zinc oxide thin films usually have high transmittance in the visible range and low resistivity. This material has been studied as a candidate to replace In2O3:Sn(ITO) in applications such as electrodes in solar cells due of the righ cost of indium and its limited availability. Furthermore ZnO is chemically stable and non-toxic. In this work undoped zinc oxide thin films were deposited by the techniques of spin-coating, dip-coating and Electron beam evaporation (EBE). Resins of ZnO were synthesized by the polymeric precursor method using different zinc precursors (zinc acetate, oxide or nitrate) in order to study the structural and optical properties of thin films prepared by different techniques and using different precursors. The prepared samples were characterized by X-ray diffraction measurements (XRD), UV-vis spectra, and atomic force microscopy (AFM). All samples prepared by different deposition techiniques present transmition larger than 80% in the visble range and band gap of 3,28 eV. Also were obtained powder or ZnO synthesized using three different precursor in order to study the influence of precursor utilized in properties of material. The powder were characterized by X-ray diffraction (XRD), photoluminescence (PL) spectroscopy, field emission scanning microscopy (FE-SEM), thermogravimetry (TG) and differential thermal analysis (DTA). Through these characterization techniques it was showed that the polymeric precursor... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: Marco-Aurelio De Paoli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T21:14:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nono_RogerioSilva_M.pdf: 4985675 bytes, checksum: c5784cee6e3e4bb52019ba970d1b2d00 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: A estrutura e a morfologia dos filmes de TiO2 exercem uma grande influência na eficiência de conversão de energia das células solares de TiO2/corante, principalmente quando estes dispositivos são preparados com eletrólitos poliméricos. O objetivo deste trabalho consistiu em otimizar os filmes de TiO2 visando obtê-los com uma morfologia porosa mais adequada à aplicação em células solares que utilizam eletrólito polimérico. Os filmes de TiO2 foram depositados em eletrodos transparentes de vidro-FTO ("Fluorine doped tin oxide") utilizando suspensões do óxido obtidas por diferentes técnicas. As suspensões aquosas do óxido foram obtidas por síntese sol-gel a partir da hidrólise e condensação de isopropóxido de titânio e estabilizadas com poli(etileno glicol). Os filmes também foram preparados pela técnica "template", utilizando membranas porosas de acetato de celulose como molde para que os poros da membrana fossem utilizados como padrão para o óxido. Após a deposição de filmes da suspensão de TiO2, esses foram submetidos a uma etapa de tratamento térmico a 450 °C para eliminação do material orgânico. Os óxidos foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura, difração de raios-X, termogravimetria, medidas de rugosidade, espessura, tamanho de partículas, análise elementar e espectroscopia de absorção na região UV-vis. Os filmes de TiO2 foram sensibilizados com um corante de rutênio (N3, Solaronix) e utilizados como fotoeletrodos na montagem de células solares com eletrólito polimérico (poli(óxido de etileno-co-epicloridrina)84:16, NaI e I2). As células foram investigadas por curvas de fotocorrente em função do potencial e por espectroscopia de impedância eletroquímica, para se avaliar a eficiência destes dispositivos na conversão de energia. Os melhores resultados foram obtidos utilizando fotoeletrodos com duas camadas de TiO2 depositados sobre vidro-FTO. Estas células apresentaram uma corrente de curto circuito Isc = 3,8 mA cm, um potencial de circuito aberto Voc = 0,75 V e uma eficiência na conversão de energia h = 1,3 % (h = 2,6 % sob 10 mW cm). A técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica revelou que a resistência em série das células aumentou com os fotoeletrodos de dupla camada, mas esta metodologia melhorou a adesão dos filmes de TiO2 no substrato condutor, e aumentou a eficiência dos dispositivos. / Abstract: The structure and morfology of TiO2 films provide a great influence in the eficiency of light conversion to energy in the solar cells of TiO2/dye, mainly when these devices are prepared with polymer electrolyte. The goal of this work consisted in optimize the TiO2 films aiming to get films with porous structure and more suitable to apllied in solar cells with polymer electrolyte. The TiO2 films were deposited onto glass-FTO ("Fluorine doped tin oxide") utilizing TiO2 suspensions prepared by differents methodologies. Aqueous suspensions of oxide were obtained by sol-gel route from hydrolysis and condensation of titanium isopropoxide stabilized with poly(ethylene glycol). The films were prepared by template technique, utilizing porous celulose acetate membranes, the material produced has large porous structures inherited from the initial membrane form. After the deposition of films of TiO2 suspension, the photoelectrodes were submited to a thermal tratament the 450 °C to eliminate organic material. Oxides films were characterized by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, thermogravimetry, rugosity and thickness measurements, particles size, elementar analysis and absorption spectroscopy. The TiO2 films were sensitized with a Ruthenium dye (N3, Solaronix) and used as photoelectrodes in the assemble of solar cells with polymer electrolyte (poly(ethylene oxide-co-epichlorohydrin)84:16, NaI e I2). The devices were investigated through photocurrent versus potential curves and electrochemistry impedance spectroscopy. Better results were obtained when we used photoelectrodes with double layer of TiO2 films deposited onto glass-FTO. This cells presented, short circuit current Isc = 3.8 mA cm, open circuit potential Voc = 0.75 V and efficiency h = 1.3 % (h = 2.6 % under 10 mW cm). Electrochemistry impedance spectroscopy revealed that the series resistance of cells increased with two films, but this methodology enhanced the adhesion of the TiO2 film onto glass-FTO, and improved the efficiency of the cells. / Mestrado / Quimica Inorganica / Mestre em Química

Orientadores: Vitor Baranauskas, Helder José Ceragioli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-27T01:34:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_ThiagoFranchiPereirada_D.pdf: 9373432 bytes, checksum: 13a36b35d789088396a134f65246b3a9 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Células solares orgânicas e inorgânicas representam uma excelente alternativa como fonte de energia renovável. Este trabalho consiste em aplicar nanoestruturas de carbono obtidas pela técnica HFCVD (Hot Filament Chemical Vapour Deposition) como componentes utilizados na construção e melhoria de células solares orgânicas (organic photovoltaics - OPVs) e células sensibilizadas por corante (dye-sensitized cells - DSCs). Foi obtido óxido de grafeno reduzido (rGO), carbono tipo diamante (DLC - diamondlike carbon) e diamante condutor nanoestruturado. Estes materiais foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (SEM-FEG), microscopia de transmissão de alta resolução (HRTEM), espectroscopia Raman e análise termogravimétrica (TGA). O rGO foi empregado na construção das células DSC misturado na pasta de TiO2 em diferentes concentrações, produzindo o aumento de fotocorrente gerada e, consequentemente, o rendimento. O mesmo material foi empregado nas OPVs, em diferentes concentrações, para a substituição do fulereno PCBM (1-(3-metoxicarbonil)-propil-1-1-fenil- (6,6)metanofulereno) e também em conjunto com o fulereno, sendo observada também a melhoria no desempenho dos dispositivos em função da concentração. Com finalidade de substituir os contraeletrodos das células DSC, carbono tipo diamante foi depositado em substrato de alumínio (Al) e diamante condutor nanoestruturado depositado em substratos de nióbio (Nb). As células com contraeletrodos de Al com filme de DLC apresentaram sensibilidade à luz, com possibilidade de aplicação em sensores ópticos, enquanto as células com contraeletrodos de Nb com filme de diamante condutor apresentaram excelente desempenho, tornando possível a substituição dos contraeletrodos de platina / Abstract: Organic and inorganic solar cells comprise a promising solution as a renewable energy source. This work consists of applying carbon nanostructures obtained by HFCVD technique (Hot Filament Chemical Vapour Deposition) as components used in the construction and improvement of organic solar cells (organic photovoltaics - OPVs) and dye sensitized cells (dye-sensitized cells - DSCs). Reduced graphene oxide (rGO), carbon diamond-like (DLC - diamond- like carbon) and nanostructured conductor diamond was obtained. These materials were characterized by scanning electron microscopy (SEM-FEG), high resolution transmission microscopy (HRTEM), Raman spectroscopy and thermal gravimetric analysis (TGA). Reduced graphene oxide was used for the construction of the DSC cell at the TiO2 layer mixed in different concentrations, producing an increase in photocurrent generated and thus conversion efficiency. The same material was used in the OPVs at different concentrations for the replacement of fullerene PCBM (1- (3-methoxycarbonyl) -propyl-1-1-phenyl- (6,6) metanofulereno) and with the fullerene was also observed improvement in performance of the devices as a function of concentration. With aim of replacing the counterelectrode of DSCs cells, diamond-like carbon was deposited on aluminum substrate (Al) and nanostructured conductive diamond deposited on niobium (Nb) substrates. Cells with Al/DLC counterelectrode showed sensitivity to light, with the possibility of application in optical devices while cells with Nb/nanostructured conductive diamond counterelectrode showed excellent performance, with possibility to replace platinum counterelectrodes / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

[pt] Se faz um estudo detalhado sobre o crescimento de GaInNAs pela técnica de metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) com o objetivo de diminuir a contaminação residual do carbono no material. Para isso se pesquisa a influência dos precursores assim como dos diferentes parâmetros de crescimento na morfologia, na contaminação residual e na incorporação de diferentes elementos nos materiais. A temperatura, a taxa de crescimento, a razão As/III, o conteúdo do nitrogênio e os diferentes precursores são os parâmetros alterados de uma amostra para a outra. Como alguns precursores não foram usados antes para este material semicondutor, inicialmente apenas o GaAs foi examinado, passando posteriormente aos materiais ternários GaInAs e GaNAs, para finalmente obter o GaInNAs. Através da caracterização das amostras obtém-se a qualidade dos materiais assim como a contaminação residual do carbono. São utilizadas técnicas de difração de raios-X de alta resolução (HR-XRD), microscopia de força atômica (AFM), perfil eletroquímico de capacitância-tensão (ECV), espectrometria de massa de íons secundários (SIMS), fotoluminescência (PL) e técnicas in-situ próprias do reator MOVPE para avaliar o efeito dos parâmetros de crescimento epitaxial sobre a qualidade das estruturas obtidas, assim como sobre a incorporação dos diferentes elementos nos materiais. O crescimento do GaInNAs no reator CRIUS foi bem sucedido com algumas combinações dos precursores. Se confirmou que o alto nível do carbono está relacionado à quantidade do nitrogênio no cristal e que o carbono é fornecido pelos grupos metil dos precursores, principalmente pelo TMGa, seguido do TMIn. Todas as medidas para reduzir a incorporação residual do carbono foram bem sucedidas. O uso de precursores do grupo III sem grupo metil reduz significativamente a dopagem residual do carbono. Finalmente foram crescidas células solares para avaliar o material no dispositivo. / [en] A detailed investigation the GaInNAs growth by metalorganc vapor phase epitaxy (MOVPE) is performed in order to reduce the carbon background in the material. For this, the precursors , as well as the different growth parameters influence on crystal morphology, carbon background and the incorporation of different elements on the semiconductor material, are investigated. The temperature, the growth rate, the As/III ratio, the nitrogen content, and the different precursors were varied from one sample to another. Particularly, since some precursors were never used for this semiconductor material, initially, only GaAs was examined, later the GaInAs and the GaNAs ternary materials were grown, to finally obtain the GaInNAs. The samples characterization was used to assess materials quality, as well as the carbon background incorporation. Different characterization techniques such as High-Resolution X-Ray Diffraction (HR-XRD), Atomic Force Microscopy (AFM), Electrochemical Capacitance-Voltage (ECV) and In-Situ measurements were used to evaluate the effect of the epitaxial growth parameters on the quality of the obtained structures, as well as on the different elements incorporation in the semiconductor material. GaInNAs was successfully grown in the MOVPE reactor with particular precursors combinations. The relation between the high carbon level and the nitrogen amount in the crystal was confirmed, as well as the fact that carbon is supplied by methyl-groups of the precursors, especially TMGa, followed by TMIn. All measures to reduce carbon background incorporation were successful. The use of methyl group free III precursors significantly reduces the carbon background incorporation. Finally, solar cells were grown to evaluate the material in the device.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Guilherme Forbeck.pdf: 6226510 bytes, checksum: 7f238f7600472963b75dd6e2ce64f9e5 (MD5) Previous issue date: 2012-08-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Photovoltaic solar energy is an interesting way of generating electricity in light because of its low environmental impact, particularly for on-grid application in order to mitigate BOS (balance of system: batteries, etc) costs. The method of operation of the solar cell does not generate environmental impact, but their production does, especially when high-purity materials are used, such as solar grade silicon (SoG-Si: 99,9999% or 5N). Dye-sensitized solar cells (DSCs) are an interesting option since they are based on metal oxides as semiconductor materials. Titanium dioxide (TiO2) in its anatase polymorphic crystalline phase, presents interesting properties, such as a wide bandgap to minimize photocorrosion issues, high refractive index and high dielectric constant. In this work, nanocrystalline TiO2, predominantly in its anatase crystalline phase, was prepared by the sol-gel process under acid medium. Peptization was carried out at room temperature. Porous layers were deposited onto transparent conducting oxide substrates from powder TiO2 samples. A commercial TiO2 powder sample (P25, Evonik) was used as a reference. Different heat treatment times for the powder TiO2 samples and also for the porous TiO2 layers were studied. In order to analyze the influence of heating time on the morphological e crystalline structure of the resulting porous TiO2 layers, photoelectrodes were characterized by scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), surface area analysis (BET) and X-ray diffraction (DRX). DSCs were assembled from photoelectrodes produced by using different powder samples and their characteristic current-voltage (I-V) curves were measured. Nanosized crystallites were predominant in all studied batches. The average particle size increased under increasing heating time, especially for powders submitted to a heating time of 120min. The heat treatment at 450°C for 30 min provided powder samples endowed with higher crystallinity, but a lower anatase content. The anatase content was reflected in the power energy conversion efficiency (η) of the DSCs, which provides evidence for the importance of the heat treatment of 450°C for 30min on the dependent variable (η). / A energia solar fotovoltaica e uma forma interessante de obtencao de energia eletrica por apresentar baixo impacto ambiental. Quando utilizada na geração distribuida, permite reduzir custos com balanco do sistema (baterias, etc). O processo de operacao das celulas solares nao gera impacto ambiental, mas sua producao sim, em funcao da utilizacao de materiais de elevado grau de pureza, como o silicio grau solar (SoG-Si: 99,9999% ou 5N). As celulas solares sensibilizadas por corante (CSSCs) sao uma opcao interessante, pois utilizam um um oxido metalico como material semicondutor. O dioxido de titanio (TiO2), em sua fase polimorfica anatase, apresenta propriedades interessantes, tais como separacao entre bandas adequada para dificultar a corrosao, elevado indice de refracao e alta constante dieletrica. Neste trabalho, foram produzidos pos de dióxido de titanio nanocristalino pelo metodo sol-gel em ambiente acido, com peptizacao em temperatura ambiente. Diferentes tempos de tratamento termico dos pos foram estudados. Camadas porosas foram depositadas sobre substratos condutores transparentes a partir de amostras de TiO2 em po. Uma amostra de TiO2 comercial (P25, Evonik) foi utilizada como referencia. Diferentes tempos de tratamento térmico destas camadas porosas tambem foram estudados. Com o objetivo de observar a influencia do tempo de aquecimento nos materiais resultantes, os fotoeletrodos foram caracterizados por microscopia eletronica de varredura (MEV), microscopia de forca atomica (AFM), analise de area superficial (BET) e difracao de raios-X (DRX). As CSSCs foram montadas a partir dos fotoeletrodos produzidos com os diferentes pos e suas propriedades eletricas foram avaliadas atraves da curva característica corrente tensao (I V). Cristalitos nanometricos predominaram em todos os lotes estudados. O tamanho medio de particula aumentou com o aumento no tempo de aquecimento, especialmente para amostras em po submetidas a um tempo de aquecimento de 120min. As amostras apresentaram tambem um aumento na cristalinidade e uma reducao no teor da fase anatase apos tratamento termico a 450°C. As CSSCs apresentaram eficiencias compativeis com o teor de anatase presente nas amostras, evidenciando que o tempo de aquecimento no patamar de 450°C e significativo para a variavel resposta eficiencia de conversao energetica.

[pt] A célula solar de banda intermediária (IBSC) é um dispositivo de terceira geração alternativo à célula solar de junção única e permite atingir maior eficiência mantendo a simplicidade de ter apenas uma junção pn, garantindo baixo custo e baixa complexidade de fabricação. Nesta tese, um extenso trabalho experimental é apresentado, utilizando as técnicas de microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de transmissão, catodoluminescência e fotoluminescência, além de extenso trabalho teórico baseado em simulações realizadas com os programas nextnano e SCAPS. Através dos dados obtidos, é discutida a escolha do InGaP para a matriz da célula solar e do InAs para os pontos quânticos; a inclusão das field damping layers, que minimizam o efeito negativo do campo elétrico sobre os pontos quânticos; o desordenamento do InGaP bulk; como pontos quânticos pequenos e com cap layers de menor espessura alteram a tendência de ordenamento das camadas subsequentes de InGaP; a inclusão de uma camada de GaP para garantir a qualidade das interfaces durante o crescimento da estrutura; e a otimização dos pontos quânticos para atingir a energia ideal teórica para a banda intermediária. Cinco estruturas completas de células solares de referência e de banda intermediária baseadas nas discussões apresentadas são então propostas para crescimento futuro. Estas estruturas de IBSC devem apresentar figuras de mérito interessantes, como VOC entre 1,32 eV e 1,44 eV (1; 2), aumento entre 5 por cento e 50 por cento na ISC (3) e baixos efeitos resistivos, garantindo FF alto e eficiências superiores à das células solares de referência. / [en] The intermediate band solar cell (IBSC), an alternative to the single junction solar cell, is a third generation device that achieves greater efficiency while maintaining the simplicity of having only one pn junction, guaranteeing low cost and low complexity to manufacture. In this thesis, an extensive experimental work is presented, using atomic force microscopy, transmission electron microscopy, cathodoluminescence and photoluminescence techniques, in addition to an extensive theoretical work based in simulations performed with nextnano and SCAPS softwares. Through the obtained data, the choice of InGaP for the solar cell matrix and InAs for the quantum dots; the inclusion of field damping layers to minimize the negative effect of the electric field on the quantum dots; the disordering of bulk InGaP; the way small quantum dots with thinner cap layers alter the ordering tendency of subsequent layers of InGaP; the inclusion of a GaP layer to ensure the interfaces’ quality during the structure s growth; and the quantum dots optimization to reach the intermediate band ideal theoretical energy are discussed. Five complete structures for reference and intermediate band solar cells based in the presented discussions are then proposed for future growth. These IBSC structures should present interesting figures of merit, such as a VOC ranging between 1,32 eV and 1,44 eV (1; 2), an increase between 5 per cent and 50 per cent in ISC (3) and low resistance effects, ensuring a high FF and efficiencies superior to the reference solar cells.

[pt] Substratos de germânio (Ge) são utilizados para o crescimento de dispositivos optoeletrônicos III-V, como células solares. Porém, o Ge é uma matéria-prima crítica devido à sua disponibilidade limitada. Além disso, o substrato de Ge representa cerca de 30-40 por cento dos custos totais de uma célula solar de junção tripla. Neste trabalho, foram crescidas amostras e células solares III-V sobre substratos de Ge com diferentes tecnologias (tec). Três diferentes tecs foram investigadas: 1) utilizando substratos de Ge com camadas porosas para crescer materiais III-V, sendo que a camada porosa é retirada para que o substrato possa ser reutilizado; 2) utilizando substratos mais finos e com menos processos de finalização da superfície, o que a deixa mais rugosa comparada a substratos comerciais; 3) substituindo o substrato de Ge por substratos alternativos que compreendam outros elementos, como um substrato de Si onde é depositado um buffer metamórfico de SiGe, no qual o parâmetro de rede foi ajustado até o chegar no de Si0.1Ge0.9. Os substratos utilizados não são perfeitos como os substratos comerciais de Ge e podem gerar defeitos nas camadas de III-V subsequentes. Para investigar a influência desses substratos nas camadas III-V foram crescidas heteroestruturas duplas (HED) de AlGaInAs/GaInAs nos substratos das tecs 1 e 2 e HED de AlGaAs/GaAs nos substratos da tec 3. Suas propriedades foram avaliadas com AFM para obter a rugosidade média quadrática e possíveis defeitos da superfície, catodoluminescência para estimar a densidade de defeitos na estrutura e Electron Channeling Contrast Imaging para identificar os tipos de defeitos encontrados com CL. Além disso, para as amostras crescidas sobre os substratos tec 1, suas composições e espessuras foram investigadas por XRD e com fotoluminescência resolvida no tempo avaliou-se o tempo de vida dos elétrons. Nos substratos das tecs 2 e 3 também foram crescidas células solares de junção tripla, que foram processadas e caracterizadas por curvas I-V e EQE. Os resultados obtidos com todas as tecs levam a uma perspectiva otimista para um futuro com células solares mais baratas e que utilizem menos Ge. / [en] Germanium (Ge) substrates are used for the growth of III-V optoelectronic devices such as solar cells. However, Ge is a critical raw material due to its limited availability. Furthermore, Ge substrate accounts for about 30-40 percent of the total costs of a triple junction solar cell. In this work III-V samples and solar cells were grown on Ge substrates with different technologies (techs). Three different techs were investigated: 1) using Ge substrates with porous layers to grow III-V materials, in which the porous layer is removed so that the substrate can be reused; 2) using thinner substrates and with fewer surface finishing processes, which makes it rougher compared to commercial substrates; 3) replacing the Ge substrate with alternative substrates that comprise other elements, such as a Si substrate where a metamorphic SiGe buffer is deposited, in which the lattice parameter is gradually adjusted until it reaches Si0.1 Ge0.9. The substrates used are not as perfect as commercial Ge substrates and can generate defects in the subsequent III-V layers. To investigate the influence of these substrates on III-V layers, double heterostructures (DH) of AlGaInAs/GaInAs were grown on the substrates of techs 1 and 2 and DH of AlGaAs/GaAs on the substrates of tech 3. Their properties were evaluated with AFM to obtain the root mean square roughness and possible surface defects, cathodoluminescence to estimate the density of defects in the structure and Electron Channeling Contrast Imaging to identify the types of defects found with CL. Furthermore, for samples grown on tech 1 substrates, the compositions and thicknesses were evaluated by XRD, and with time-resolved photoluminescence, the lifetime of the electrons was evaluated. Triple junction solar cells were also grown on techs 2 and 3 substrates, which were processed and characterized by I-V and EQE curves. The results obtained with all tecs lead to an optimistic perspective for a future with cheaper solar cells that use less Ge.