Esta tese de doutorado versou sobre a obtenção e caracterização do semicondutor ZnO obtido por biomimetização de membranas da cascas de ovos (MCOs) e a sua aplicação como coletor fotovoltaico do tipo sensibilizado por corante. Na síntese do ZnO, as MCOs foram submergidas em uma solução contendo os íons precursores de Zn. As membranas atuaram como um biotemplate, servindo como base para que o ZnO tivesse sua nucleação e crescimento na forma de nanocristais. Foram investigados dois diferentes precursores de Zn (nitrato de zinco hexahidratado e acetato de zinco dihidratado) e verificou-se a influência do tratamento térmico na formação do ZnO. Os materiais obtidos foram caracterizados quanto à sua morfologia, área superficial, porosidade e propriedades óticas em função do tratamento térmico praticado. Para efeito de comparação, foi obtido TiO2 por biomimetização de cascas de ovos, além de ZnO por processo de precipitação. As amostras que foram preparadas utilizando o biotemplate apresentaram como características, pequeno tamanho de domínio cristalino e larga área superficial em comparação com as amostras de ZnO preparadas por precipitação. As propriedades óticas e cristalinidade apresentadas pelo ZnO obtido por biomimetização são comparáveis às da fase anatase do TiO2 e portanto compatíveis com a aplicação em células fotovoltaicas sensibilizadas por corante (DSSC – Dye sensitized solar cells). Para a formação de um filme fino e poroso, o ZnO obtido pela biomimetização das MCOs foi então depositado pela técnica de screen printing sobre um substrato cerâmico preparado para servir como uma cerâmica solar baseada nas DSSCs. A preparação da base de uma DSSC sobre uma placa cerâmica foi possível pela deposição de uma camada metálica, produzida por aspersão térmica sobre o substrato cerâmico, e pela deposição de uma fina camada de ZnO por serigrafia. A aspersão térmica se mostrou uma técnica eficiente, obtendo uma boa ancoragem do metal aspergido sobre o substrato cerâmico esmaltado, demonstrado por análise EDS que ocorre difusão do metal depositado na camada esmaltada significando inclusive uma ancoragem química. A deposição por serigrafia da camada de ZnO porosa mostrou-se um método simples e barato obtendo-se camadas com morfologia razoável para a aplicação em DSSCs. Um melhor controle do tamanho dos poros pode ser obtido, otimizando-se ainda mais a pasta e a calcinação da peça. / This doctoral thesis dealt about the obtaining and characterization of ZnO semiconductor obtained by biomimetization of eggshell membranes (ESMs) and its application as photovoltaic collector in dye sensitized solar cells (DSSCs). In the synthesis of ZnO, the ESMs were submerged in a solution containing the precursor ions of Zn. The membranes acted as a biotemplate, serving as basis for the ZnO had their nucleation and growth in the form of nanocrystals. We investigated two different precursors of Zn (zinc nitrate hexahydrate and zinc acetate dihydrate) and verified the influence of thermal treatment on the formation of ZnO. The materials were characterized according to their morphology, surface area, porosity and optical properties, as a function of the thermal treatment practiced. For comparison, TiO2 was obtained by biomimetization of ESM, and ZnO by precipitation process. The samples that were prepared using the biotemplate presented as characteristics small crystallite size and large surface area in comparison to the samples prepared by precipitation of ZnO. The optical properties and crystallinity presented by ZnO obtained by biomimetization are comparable to those of anatase phase of TiO2 and therefore compatible with the application in dye-sensitized solar cells (DSSC - Dye sensitized solar cells). ZnO obtained by biomimetization of ESMs was then used with the screen printing technique to form a thin porous film on a ceramic substrate, prepared to serve as a solar ceramic based on DSSCs. The preparation of a DSSC basis on a ceramic substrate was possible by the deposition of a metal layer by thermal spray on the ceramic substrate, and the deposition of a thin layer of ZnO by screen printing. The thermal spray proved to be an effective technique, getting a good anchoring of the metal sprayed on the glazed ceramic substrate, demonstrated byEDS analysis that diffusion occurs of the metal into the glazed ceramic substrate meaning chemical anchoring. The deposition by screen printing of the porous ZnO layer has shown to be a simple and inexpensive method yielding layers with reasonable morphology for use in DSSCs. A better control of pore size can be obtained by optimizing even more the paste and calcination of the samples.

O objetivo deste estudo foi a síntese de Cu2ZnSnS4 (CZTS) por electrospinning, sem a etapa de sulfurização e com tratamento térmico em atmosfera ambiente. A solução precursora consistiu na dissolução dos sais dos metais de interesse: tiourea como fonte de enxofre e polivinil butiral (PVB) em etanol como polímero condutor. Esta solução foi submetida ao processo de electrospinning com uma tensão elétrica de 16 kV e uma distância entre coletor e capilar de 120 mm e fluxo de 3 mL/h. O efeito da temperatura de tratamento térmico sobre a formação do CZTS foi investigada. Para isso, o material resultante do processo de electrospinning foi tratado termicamente em diferentes temperaturas: 150°C durante 72h, 150°C durante 24h mais 300°C durante 24h, 300°C durante 48h, 400°C durante 1h, 450°C durante 1h, 500°C durante 1h e 550°C durante 1h. A taxa de aquecimento foi de 0,5°C/mim. A Influência do agente complexante dietanolamina (DEA) sobre as propriedades do material formado, quando adicionado à dolução precursora, foi também investigada. As amostras resultantes destes tratamentos térmicos foram caracterizadas através de análises térmicas (ATG), difração de raios X (DRX), espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (MEV/EDS), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e, por medidas ópticas (UV-Vis) e espectroscopia de reflectância difusa (ERD). Foram obtidos filmes homogêneos e compactos com uma espessura de aproximadamente 10 nm. Os resultados indicaram que foi obtida fase CZTS a 400°C, com as razões S/(Cu+Zn+Sn) = 1,1, Cu/(Zn+Sn) = 0,8 e Zn/Sn = 1,26. No entanto, a presença de algumas fases secundárias elevou o band gap para aproximadamente 2,2 eV. Além disso, foi verificado que a adição de DEA na solução precursora não aumenta a qualidade do CZTS formado por electrospinning. / The aim of this work was to study the production of CZTS by electrospinning method without sulfurization process and in-air heat treatment. The precursor solution was prepared by dissolving metal salts, tiourea as a sulfur source and PVB as conductive polymer. The resulting solution was electrospun onto a cylindrical target with an electric voltage of 16 kV at a 120 mm distance and flow rate of 3 mL/h. The effect of in-air heat treatment in the phase formation and morphology of electrospun CZTS fibers were investigated by the following conditions, 150°C for 72h, 150°C for 24h plus 300°C for 24h, 300°C for 48h, 400°C for 1h, 450°C for 1h, 500°C for 1h e 550°C for 1h, with a used a heating rate of 0.5°C.min-1 The Influence of the addition of complexing agent diethanolamine (DEA) on the properties of the final material was investigated. The samples were characterized by thermal analysis (TGA), R-X diffraction, scanning electron microscopy (SEM/EDS), transmission electron microscopy and optical measurements (UV-Vis). The results show the obtainment of a well crystallized CZTS phase with the heat treatment of 400°C with ratios S/(Cu+Zn+Sn) =1.1, Cu/(Zn+Sn) = 0.8 e Zn/Sn = 1.26. Homogeneous and compact films with the morphology of 10 nm spheres were found in this study. However, the presence of some secondary phases increases the band gap to approximately, 2.2 eV. Furthermore, it was found that the addition of DEA in the precursor solution does not increase the quality of CZTS formed by electrospinning.

No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / El objetivo del presente trabajo de título es evaluar técnica y económicamente la factibilidad de implementar un sistema fotovoltaico autónomo en dos entidades públicas pertenecientes a la municipalidad de San Miguel. El potencial de los sistemas solares fotovoltaicos se ha demostrado en los proyectos de electrificación realizados en todo el mundo, en especial respecto a los sistemas domésticos y rurales. La principal motivación de este proyecto es sustituir el abastecimiento eléctrico convencional por un sistema abastecido de energía solar como base energética. Dado que no hay experiencias en zona urbanas del país de un sistema fotovoltaico autónomo, es parte del objetivo contribuir a conocer mejor los efectos, las limitaciones y determinar la contribución potencial de los sistemas fotovoltaicos al desarrollo urbano con el fin de lograr un mayor compromiso económico y político con los proyectos de energía solar fotovoltaica. El dimensionamiento fotovoltaico se realizó calculando el consumo energético de los aparatos eléctricos utilizados en cada entidad, para luego determinar la cantidad y características óptimas de cada uno de los componentes del sistema fotovoltaico que permite cubrir el consumo eléctrico demandado. Las entidades evaluadas fueron la Escuela Santa Fe, cuyo costo de inversión fotovoltaico es de $ 245.643.211 pesosy el Consultorio Recreo con $ 270.945.28 pesos de inversión. En ambos establecimientos, se analizó una evaluación económica como proyecto puro y uno financiado con un 50%. Se utilizó una tasa de interés del 6%. En el caso de la escuela, la evaluación económica del proyecto puro, arrojó un VAN (8%) de $ -141.479.388 pesos. Y el financiado arrojó un VAN de $ -46.385.741de pesos. Para el consultorio se generó un VAN (8%) de $ -170.571.867 pesos para el caso puro y $ -54.505.984 pesos caso financiado. En ambos casos con un valor TIR indefinido por VAN negativo. Para ambas entidades, el análisis de sensibilidad indica que el caso puro es más sensible que el caso financiado a las alzas tanto en los costos de inversión como en los costos operacionales. Los resultados negativos de los indicadores de rentabilidad no permiten señalar plenamente la viabilidad de proyecto, por lo que es necesario ampliar el criterio de evaluación. Al realizar un óptimo dimensionamiento fotovoltaico esta tecnología puede ser muy eficiente, ya que cumple con el objetivo de suplir un suministro eléctrico convencional. Por lo tanto, es importante contar con financiamiento estatal que serviría para disminuir los costos de inversión.

Esta tese de doutorado versou sobre a obtenção e caracterização do semicondutor ZnO obtido por biomimetização de membranas da cascas de ovos (MCOs) e a sua aplicação como coletor fotovoltaico do tipo sensibilizado por corante. Na síntese do ZnO, as MCOs foram submergidas em uma solução contendo os íons precursores de Zn. As membranas atuaram como um biotemplate, servindo como base para que o ZnO tivesse sua nucleação e crescimento na forma de nanocristais. Foram investigados dois diferentes precursores de Zn (nitrato de zinco hexahidratado e acetato de zinco dihidratado) e verificou-se a influência do tratamento térmico na formação do ZnO. Os materiais obtidos foram caracterizados quanto à sua morfologia, área superficial, porosidade e propriedades óticas em função do tratamento térmico praticado. Para efeito de comparação, foi obtido TiO2 por biomimetização de cascas de ovos, além de ZnO por processo de precipitação. As amostras que foram preparadas utilizando o biotemplate apresentaram como características, pequeno tamanho de domínio cristalino e larga área superficial em comparação com as amostras de ZnO preparadas por precipitação. As propriedades óticas e cristalinidade apresentadas pelo ZnO obtido por biomimetização são comparáveis às da fase anatase do TiO2 e portanto compatíveis com a aplicação em células fotovoltaicas sensibilizadas por corante (DSSC – Dye sensitized solar cells). Para a formação de um filme fino e poroso, o ZnO obtido pela biomimetização das MCOs foi então depositado pela técnica de screen printing sobre um substrato cerâmico preparado para servir como uma cerâmica solar baseada nas DSSCs. A preparação da base de uma DSSC sobre uma placa cerâmica foi possível pela deposição de uma camada metálica, produzida por aspersão térmica sobre o substrato cerâmico, e pela deposição de uma fina camada de ZnO por serigrafia. A aspersão térmica se mostrou uma técnica eficiente, obtendo uma boa ancoragem do metal aspergido sobre o substrato cerâmico esmaltado, demonstrado por análise EDS que ocorre difusão do metal depositado na camada esmaltada significando inclusive uma ancoragem química. A deposição por serigrafia da camada de ZnO porosa mostrou-se um método simples e barato obtendo-se camadas com morfologia razoável para a aplicação em DSSCs. Um melhor controle do tamanho dos poros pode ser obtido, otimizando-se ainda mais a pasta e a calcinação da peça. / This doctoral thesis dealt about the obtaining and characterization of ZnO semiconductor obtained by biomimetization of eggshell membranes (ESMs) and its application as photovoltaic collector in dye sensitized solar cells (DSSCs). In the synthesis of ZnO, the ESMs were submerged in a solution containing the precursor ions of Zn. The membranes acted as a biotemplate, serving as basis for the ZnO had their nucleation and growth in the form of nanocrystals. We investigated two different precursors of Zn (zinc nitrate hexahydrate and zinc acetate dihydrate) and verified the influence of thermal treatment on the formation of ZnO. The materials were characterized according to their morphology, surface area, porosity and optical properties, as a function of the thermal treatment practiced. For comparison, TiO2 was obtained by biomimetization of ESM, and ZnO by precipitation process. The samples that were prepared using the biotemplate presented as characteristics small crystallite size and large surface area in comparison to the samples prepared by precipitation of ZnO. The optical properties and crystallinity presented by ZnO obtained by biomimetization are comparable to those of anatase phase of TiO2 and therefore compatible with the application in dye-sensitized solar cells (DSSC - Dye sensitized solar cells). ZnO obtained by biomimetization of ESMs was then used with the screen printing technique to form a thin porous film on a ceramic substrate, prepared to serve as a solar ceramic based on DSSCs. The preparation of a DSSC basis on a ceramic substrate was possible by the deposition of a metal layer by thermal spray on the ceramic substrate, and the deposition of a thin layer of ZnO by screen printing. The thermal spray proved to be an effective technique, getting a good anchoring of the metal sprayed on the glazed ceramic substrate, demonstrated byEDS analysis that diffusion occurs of the metal into the glazed ceramic substrate meaning chemical anchoring. The deposition by screen printing of the porous ZnO layer has shown to be a simple and inexpensive method yielding layers with reasonable morphology for use in DSSCs. A better control of pore size can be obtained by optimizing even more the paste and calcination of the samples.

O objetivo deste estudo foi a síntese de Cu2ZnSnS4 (CZTS) por electrospinning, sem a etapa de sulfurização e com tratamento térmico em atmosfera ambiente. A solução precursora consistiu na dissolução dos sais dos metais de interesse: tiourea como fonte de enxofre e polivinil butiral (PVB) em etanol como polímero condutor. Esta solução foi submetida ao processo de electrospinning com uma tensão elétrica de 16 kV e uma distância entre coletor e capilar de 120 mm e fluxo de 3 mL/h. O efeito da temperatura de tratamento térmico sobre a formação do CZTS foi investigada. Para isso, o material resultante do processo de electrospinning foi tratado termicamente em diferentes temperaturas: 150°C durante 72h, 150°C durante 24h mais 300°C durante 24h, 300°C durante 48h, 400°C durante 1h, 450°C durante 1h, 500°C durante 1h e 550°C durante 1h. A taxa de aquecimento foi de 0,5°C/mim. A Influência do agente complexante dietanolamina (DEA) sobre as propriedades do material formado, quando adicionado à dolução precursora, foi também investigada. As amostras resultantes destes tratamentos térmicos foram caracterizadas através de análises térmicas (ATG), difração de raios X (DRX), espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (MEV/EDS), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e, por medidas ópticas (UV-Vis) e espectroscopia de reflectância difusa (ERD). Foram obtidos filmes homogêneos e compactos com uma espessura de aproximadamente 10 nm. Os resultados indicaram que foi obtida fase CZTS a 400°C, com as razões S/(Cu+Zn+Sn) = 1,1, Cu/(Zn+Sn) = 0,8 e Zn/Sn = 1,26. No entanto, a presença de algumas fases secundárias elevou o band gap para aproximadamente 2,2 eV. Além disso, foi verificado que a adição de DEA na solução precursora não aumenta a qualidade do CZTS formado por electrospinning. / The aim of this work was to study the production of CZTS by electrospinning method without sulfurization process and in-air heat treatment. The precursor solution was prepared by dissolving metal salts, tiourea as a sulfur source and PVB as conductive polymer. The resulting solution was electrospun onto a cylindrical target with an electric voltage of 16 kV at a 120 mm distance and flow rate of 3 mL/h. The effect of in-air heat treatment in the phase formation and morphology of electrospun CZTS fibers were investigated by the following conditions, 150°C for 72h, 150°C for 24h plus 300°C for 24h, 300°C for 48h, 400°C for 1h, 450°C for 1h, 500°C for 1h e 550°C for 1h, with a used a heating rate of 0.5°C.min-1 The Influence of the addition of complexing agent diethanolamine (DEA) on the properties of the final material was investigated. The samples were characterized by thermal analysis (TGA), R-X diffraction, scanning electron microscopy (SEM/EDS), transmission electron microscopy and optical measurements (UV-Vis). The results show the obtainment of a well crystallized CZTS phase with the heat treatment of 400°C with ratios S/(Cu+Zn+Sn) =1.1, Cu/(Zn+Sn) = 0.8 e Zn/Sn = 1.26. Homogeneous and compact films with the morphology of 10 nm spheres were found in this study. However, the presence of some secondary phases increases the band gap to approximately, 2.2 eV. Furthermore, it was found that the addition of DEA in the precursor solution does not increase the quality of CZTS formed by electrospinning.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Este trabalho apresenta um estudo e caracterizaÃÃo de corantes com flores de plantas coletadas na regiÃo Nordeste do Brasil, tais como: a Sida cordifolia (malva branca), a Catharanthus roseus (boa noite) e a Torenia fournieri (amor-perfeito-de-verÃo), Allamanda catÃrtica (alamanda da flor grande) e Cobaea scandens (sino de catedral). Foi estudado e observado a influÃncia dos flavonoides na sensibilizaÃÃo dos corantes naturais por meio de um protÃtipo de cÃlula fotovoltaica, com vidros condutores com um filme de SnO2:F produzidos por spray PirÃlise. As plantas foram submetidas a um tratamento de lavagem. Foram maceradas e imersas em um solvente extrator. ApÃs alguns dias, foram concentradas no rotaevaporador a uma velocidade 160 rpm em temperatura ambiente por 40 minutos. Este corante foi aplicado sobre uma camada de TiO2 e entÃo a cÃlula foi testada sob a luz solar. Os valores obtidos foram: Torenia fournieri, corrente de curto-circuito = 0,44 mA e tensÃo de circuito aberto = 0,16 V; Catharanthus roseus, corrente de curto-circuito = 0,43 mA e tensÃo de circuito aberto = 0,14 V; Sida cordifolia, corrente de curto-circuito = 0,22 mA e tensÃo de circuito aberto = 0,19 V; Allamanda catÃrtica, corrente de curto-circuito = 0,19 mA e tensÃo de circuito aberto = 0,12V; Cobaea scandens, corrente de curto-circuito = 0,32 mA e tensÃo de circuito aberto = 0,17V. Estes resultados podem fornecer mais dados para melhor entendimento e uso de novos corantes naturais em cÃlulas solares. / This paper presents a study and characterization of dyes with flowers of plants collected in the Northeast of Brazil, such as Sida cordifolia (malva branca), the Catharanthus roseus (boa noite), Torenia fournieri (amor-perfeito-de-verÃo), Alamanda cathartic (alamanda da flor grande) and Cobaea scandens (sino de catedral). Was studied and observed the influence of flavonoids in the sensitization of natural dyes by means of a prototype solar cell with conductive film with a glass of SnO2: F produced by spray pyrolysis. The conductive glass was obtained precursor solution (HCl/H2O) containing of tin II chloride dihydrate (SnCl2.2H2O), ammonium fluoride (NH4F) and a slide glass heated to 600 Â C. The solution was sprayed on the heated substrate. About conductive glass was deposited a layer of titanium dioxide (TiO2). The layer was obtained by dissolving in commercial TiO2 powder acetic acid (CH3CO2H) and Triton X. The electrolyte was a solution of iodine / triiodide into the intracellular regeneration cycle, the counter electrode was a layer made of graphite. The plants were treated with a by washing with deionized water, drying with heat gun and Silica Gel to absorb moisture. Were macerated and immersed in an organic solvent. After a few days, were concentrated in a rotary evaporator at a speed 160 rpm at room temperature for 40 minutes. This dye was applied on the TiO2 layer and then the cell was tested under sunlight. The values obtained were: Torenia fournieri, short-circuit current = 0.44 mA and open circuit voltage V = 0.16; Catharanthus roseus, short-circuit current = 0.43 mA = 0 and open-circuit voltage, 14 V, Sida cordifolia, short-circuit current = 0.22 mA and open circuit voltage V = 0.19; Allamanda cathartic, short-circuit current = 0.19 mA and open circuit voltage V = 0.12; Cobaea scandens, short-circuit current = 0.32 mA and open circuit voltage = 0.17 V. These results may provide more data for better understanding and use of new natural dyes in solar cells.

O objetivo deste estudo foi a síntese de Cu2ZnSnS4 (CZTS) por electrospinning, sem a etapa de sulfurização e com tratamento térmico em atmosfera ambiente. A solução precursora consistiu na dissolução dos sais dos metais de interesse: tiourea como fonte de enxofre e polivinil butiral (PVB) em etanol como polímero condutor. Esta solução foi submetida ao processo de electrospinning com uma tensão elétrica de 16 kV e uma distância entre coletor e capilar de 120 mm e fluxo de 3 mL/h. O efeito da temperatura de tratamento térmico sobre a formação do CZTS foi investigada. Para isso, o material resultante do processo de electrospinning foi tratado termicamente em diferentes temperaturas: 150°C durante 72h, 150°C durante 24h mais 300°C durante 24h, 300°C durante 48h, 400°C durante 1h, 450°C durante 1h, 500°C durante 1h e 550°C durante 1h. A taxa de aquecimento foi de 0,5°C/mim. A Influência do agente complexante dietanolamina (DEA) sobre as propriedades do material formado, quando adicionado à dolução precursora, foi também investigada. As amostras resultantes destes tratamentos térmicos foram caracterizadas através de análises térmicas (ATG), difração de raios X (DRX), espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (MEV/EDS), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e, por medidas ópticas (UV-Vis) e espectroscopia de reflectância difusa (ERD). Foram obtidos filmes homogêneos e compactos com uma espessura de aproximadamente 10 nm. Os resultados indicaram que foi obtida fase CZTS a 400°C, com as razões S/(Cu+Zn+Sn) = 1,1, Cu/(Zn+Sn) = 0,8 e Zn/Sn = 1,26. No entanto, a presença de algumas fases secundárias elevou o band gap para aproximadamente 2,2 eV. Além disso, foi verificado que a adição de DEA na solução precursora não aumenta a qualidade do CZTS formado por electrospinning. / The aim of this work was to study the production of CZTS by electrospinning method without sulfurization process and in-air heat treatment. The precursor solution was prepared by dissolving metal salts, tiourea as a sulfur source and PVB as conductive polymer. The resulting solution was electrospun onto a cylindrical target with an electric voltage of 16 kV at a 120 mm distance and flow rate of 3 mL/h. The effect of in-air heat treatment in the phase formation and morphology of electrospun CZTS fibers were investigated by the following conditions, 150°C for 72h, 150°C for 24h plus 300°C for 24h, 300°C for 48h, 400°C for 1h, 450°C for 1h, 500°C for 1h e 550°C for 1h, with a used a heating rate of 0.5°C.min-1 The Influence of the addition of complexing agent diethanolamine (DEA) on the properties of the final material was investigated. The samples were characterized by thermal analysis (TGA), R-X diffraction, scanning electron microscopy (SEM/EDS), transmission electron microscopy and optical measurements (UV-Vis). The results show the obtainment of a well crystallized CZTS phase with the heat treatment of 400°C with ratios S/(Cu+Zn+Sn) =1.1, Cu/(Zn+Sn) = 0.8 e Zn/Sn = 1.26. Homogeneous and compact films with the morphology of 10 nm spheres were found in this study. However, the presence of some secondary phases increases the band gap to approximately, 2.2 eV. Furthermore, it was found that the addition of DEA in the precursor solution does not increase the quality of CZTS formed by electrospinning.

Esta tese de doutorado versou sobre a obtenção e caracterização do semicondutor ZnO obtido por biomimetização de membranas da cascas de ovos (MCOs) e a sua aplicação como coletor fotovoltaico do tipo sensibilizado por corante. Na síntese do ZnO, as MCOs foram submergidas em uma solução contendo os íons precursores de Zn. As membranas atuaram como um biotemplate, servindo como base para que o ZnO tivesse sua nucleação e crescimento na forma de nanocristais. Foram investigados dois diferentes precursores de Zn (nitrato de zinco hexahidratado e acetato de zinco dihidratado) e verificou-se a influência do tratamento térmico na formação do ZnO. Os materiais obtidos foram caracterizados quanto à sua morfologia, área superficial, porosidade e propriedades óticas em função do tratamento térmico praticado. Para efeito de comparação, foi obtido TiO2 por biomimetização de cascas de ovos, além de ZnO por processo de precipitação. As amostras que foram preparadas utilizando o biotemplate apresentaram como características, pequeno tamanho de domínio cristalino e larga área superficial em comparação com as amostras de ZnO preparadas por precipitação. As propriedades óticas e cristalinidade apresentadas pelo ZnO obtido por biomimetização são comparáveis às da fase anatase do TiO2 e portanto compatíveis com a aplicação em células fotovoltaicas sensibilizadas por corante (DSSC – Dye sensitized solar cells). Para a formação de um filme fino e poroso, o ZnO obtido pela biomimetização das MCOs foi então depositado pela técnica de screen printing sobre um substrato cerâmico preparado para servir como uma cerâmica solar baseada nas DSSCs. A preparação da base de uma DSSC sobre uma placa cerâmica foi possível pela deposição de uma camada metálica, produzida por aspersão térmica sobre o substrato cerâmico, e pela deposição de uma fina camada de ZnO por serigrafia. A aspersão térmica se mostrou uma técnica eficiente, obtendo uma boa ancoragem do metal aspergido sobre o substrato cerâmico esmaltado, demonstrado por análise EDS que ocorre difusão do metal depositado na camada esmaltada significando inclusive uma ancoragem química. A deposição por serigrafia da camada de ZnO porosa mostrou-se um método simples e barato obtendo-se camadas com morfologia razoável para a aplicação em DSSCs. Um melhor controle do tamanho dos poros pode ser obtido, otimizando-se ainda mais a pasta e a calcinação da peça. / This doctoral thesis dealt about the obtaining and characterization of ZnO semiconductor obtained by biomimetization of eggshell membranes (ESMs) and its application as photovoltaic collector in dye sensitized solar cells (DSSCs). In the synthesis of ZnO, the ESMs were submerged in a solution containing the precursor ions of Zn. The membranes acted as a biotemplate, serving as basis for the ZnO had their nucleation and growth in the form of nanocrystals. We investigated two different precursors of Zn (zinc nitrate hexahydrate and zinc acetate dihydrate) and verified the influence of thermal treatment on the formation of ZnO. The materials were characterized according to their morphology, surface area, porosity and optical properties, as a function of the thermal treatment practiced. For comparison, TiO2 was obtained by biomimetization of ESM, and ZnO by precipitation process. The samples that were prepared using the biotemplate presented as characteristics small crystallite size and large surface area in comparison to the samples prepared by precipitation of ZnO. The optical properties and crystallinity presented by ZnO obtained by biomimetization are comparable to those of anatase phase of TiO2 and therefore compatible with the application in dye-sensitized solar cells (DSSC - Dye sensitized solar cells). ZnO obtained by biomimetization of ESMs was then used with the screen printing technique to form a thin porous film on a ceramic substrate, prepared to serve as a solar ceramic based on DSSCs. The preparation of a DSSC basis on a ceramic substrate was possible by the deposition of a metal layer by thermal spray on the ceramic substrate, and the deposition of a thin layer of ZnO by screen printing. The thermal spray proved to be an effective technique, getting a good anchoring of the metal sprayed on the glazed ceramic substrate, demonstrated byEDS analysis that diffusion occurs of the metal into the glazed ceramic substrate meaning chemical anchoring. The deposition by screen printing of the porous ZnO layer has shown to be a simple and inexpensive method yielding layers with reasonable morphology for use in DSSCs. A better control of pore size can be obtained by optimizing even more the paste and calcination of the samples.

El objetivo de esta memoria de título es estudiar la prefactibilidad técnica y económica de una planta de producción de hidrógeno a través de electrólisis de agua. Para esto se estudió la integración de energía solar al sistema de electrolizadores, los cuales proveen de la energía eléctrica necesaria para llevar a cabo el proceso. El estudio se llevó a cabo mediante la realización de la ingeniería conceptual del proceso de electrolisis de agua que comprende: selección del sistema más conveniente de electrólisis de agua, desarrollo de los diagramas de flujos, balances de masa y energía, dimensionamiento de unidades de proceso y unidades auxiliares, estimación de obras civiles, hidráulicas, eléctricas y de control, estimación de los costos de inversión y operación. Como proceso alternativo se estudió la utilización de una planta de reformado de gas natural, que es una tecnología madura para la producción de hidrógeno, con lo cual se desarrolló el balance de masa destinado a ajustar los costos del proceso y el tamaño de la inversión la cual fue obtenida de una cotización realizada a la empresa Axsia Howmar durante el año 2002. Con los costos asociados a ambos procesos se llevó a cabo una evaluación económica de ambas alternativas, al contrastar ambas tecnologías, evaluando indicadores económicos como el VAN y TIR, es posible decidir la factibilidad económica del proceso de electrolisis de agua con integración de energía solar. La evaluación fue realizada para una producción de 13.773 Toneladas anuales de hidrógeno, la cual fue establecida para satisfacer los requerimientos de una planta de amoniaco destinada a la producción de 360.000 toneladas anuales de nitrato de amonio. El emplazamiento seleccionado es la ciudad de Calama debido a las excelentes condiciones de radiación solar de este lugar. Los resultados obtenidos arrojaron un área necesaria de paneles solares equivalente a 67 ha. constituyendo esta inversión, una de las variables principales en la rentabilidad del proceso. El análisis económico, evaluado en un horizonte de tiempo de 20 años con una taza de descuento del 9 %, arrojó que el proyecto es factible generando un VAN de US$ 513.357.614 frente a US$ 122.351.056 de la planta de reformado, no obstante esta última, debido a los bajos costos de inversión posee una TIR superior, evaluada en 72,5 % frente al 69,5 % de rentabilidad generada en la planta de electrolisis de agua. Los resultados encontrados hacen recomendable estudiar con mayor profundidad la utilización de energía solar fotovoltaica pala producción electrolítica de hidrógeno.

En el Perú existen regiones que tienen zonas rurales donde no llega el servicio de energía eléctrica y la región Lambayeque es una de ellas. Tal es el caso del caserío Pampa de Lino ubicado en el distrito de Jayanca, donde varios fundos agrícolas se ven obligados a conectarse a la red de energía más cercana, lo cual implica grandes costos para su uso. Por ende, el objetivo de esta investigación fue dimensionar un sistema hibrido eólico–fotovoltaico de baja potencia para el suministro eléctrico en el fundo La Campiña. Para ello, se utilizó el diseño de investigación correlacional bajo un enfoque cuantitativo, con un tipo de investigación aplicado – no experimental. Donde se determinó la demanda estimada en el décimo año, la que resultó 2,37 𝑘𝑊 y una energía promedio de 9,38 𝑘𝑊ℎ/𝑑í𝑎. Se utilizaron tres tipos de base de datos para la radiación solar: atlas solar del Perú, el software RETScreen Expert y el software line POWER Data Access Viewer, obteniendo el dato de 4,01 𝑘𝑊ℎ/𝑚2/𝑑í𝑎. Los datos de velocidad del viento fueron obtenidos del software line POWER Data Access Viewer y sirvieron para la sistematización de la energía que suministra el aerogenerador. Finalmente, se determinó que instalar un sistema hibrido eólico-fotovoltaico, logra abastecer de energía eléctrica al fundo la Campiña, y que al ser fuentes de energías renovables son una excelente opción.