Submitted by Evaldo Chagas Gouvêa null (gouvea.evaldo@gmail.com) on 2017-06-24T18:23:39Z No. of bitstreams: 1 Dissertação (versão FINAL 24-06-17).pdf: 2860581 bytes, checksum: 291ca83eac21bea9374f8dc5c9b080ed (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-06-28T16:53:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 gouvea_ec_me_guara.pdf: 2860581 bytes, checksum: 291ca83eac21bea9374f8dc5c9b080ed (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-28T16:53:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 gouvea_ec_me_guara.pdf: 2860581 bytes, checksum: 291ca83eac21bea9374f8dc5c9b080ed (MD5) Previous issue date: 2017-04-22 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Uma das alternativas à utilização de combustíveis fósseis é a energia solar, obtida pelo uso de painéis fotovoltaicos. A existência de diferenças diárias, sazonais e regionais na distribuição espectral da luz do sol pode produzir variações na capacidade de produção de energia dos painéis. O objetivo deste trabalho é verificar como a geração de energia de células fotovoltaicas varia em função dos diferentes comprimentos de onda do espectro da luz solar, quando as células estão submetidas a condições reais de operação. Este trabalho possui caráter experimental. Dois painéis fotovoltaicos policristalinos idênticos foram montados lado a lado. Oito diferentes filtros de cor, com curvas conhecidas de distribuição espectral, foram instalados sobre um dos painéis e foi registrada a quantidade de energia gerada por cada painel ao longo do dia. Cada filtro permite apenas a passagem de uma determinada faixa de comprimentos de onda da luz solar. Foi calculada a eficiência relativa de cada filtro, dada pela relação entre a quantidade de energia gerada pelo painel com filtro e a gerada pelo painel sem filtro, de referência. Os resultados indicam que os painéis produzem mais energia na faixa do vermelho, com eficiência relativa de 23,83%, sendo, portanto, mais sensíveis à radiação nesta faixa de comprimentos de onda. Por outro lado, ocorre uma redução da resposta do painel na faixa do verde e azul, apresentando eficiências de 19,15% e 21,58% respectivamente. Isso mostra que painéis fotovoltaicos não respondem de maneira uniforme à luz solar. A radiação infravermelha, além de produzir um aumento de temperatura, exerce um importante papel na produção total de energia, com eficiência de 13,56%. Conclui-se que painéis de silício cristalino não respondem de maneira uniforme à luz solar. Os painéis produzem energia nas faixas não-visíveis do espectro; sendo o infravermelho um importante componente do espectro. As respostas espectrais em condições reais de operação apresentam diferenças significativas em relação àquelas obtidas nas condições padrão de ensaio. / Solar energy is an alternative to fossil fuels. It can be obtained through the use of photovoltaic panels. There are daily, seasonal and regional differences in the spectral energy distribution of sunlight that can result in variations in the energy production capacity of the panels. The objective of this study is the verification of the photovoltaic cell’s response to different wavelengths of the sunlight’s spectrum, under real operating conditions. This is an experimental study. Two identical polycrystalline photovoltaic modules were mounted side-by-side. Eight different color filters, each one with a specific spectral distribution curve, were installed above one of the panels and the daily generated energy of each panel was registered. Each color filter allows just a specific wavelength range of solar spectrum to pass through it. The relative efficiency of each filter was calculated; it is given by the relation between the energy generated by the solar panel with filter and the solar panel without filter. The results indicate that the panels produce more power in the red range (with a relative efficiency of 23.83%) and therefore they are more sensitive to radiation at this wavelength range. Also, the panel’s response is reduced in the color ranges of green and blue, with efficiency of 19.15% and 21.58%, respectively. This shows that photovoltaic panels do not respond uniformly to sunlight. Infrared radiation, which leads to an increased temperature, plays an important role in the total energy production. The relative efficiency of infrared filter is 13.56%. It can be concluded that crystalline silicon photovoltaic modules do not respond uniformly to sunlight. Photovoltaic panels are able to produce energy not only with visible light but also with non-visible wavelengths, being infrared an important component of solar spectrum. The spectral responses under real operating conditions are significantly different from the responses obtained at the standard test conditions. / CNPq: 134367/2015-4

Planetários e observatórios oferecem a possibilidade de desenvolver um ensino contextualizado de Astronomia, permitindo a realização de atividades educativas que proporcionam acesso a uma ciência escolar mais autêntica. Com isso em vista, esta pesquisa consistiu no desenvolvimento, aplicação e análise de minicursos sobre o Sol, para o ensino fundamental e física solar, para o ensino médio em um espaço não formal de educação, o Observatório Astronômico do CDCC/USP. Tópicos como a composição química, temperatura e evolução estelar foram ensinados a partir de experimentos clássicos em uma sala totalmente dedicada ao Sol, a Sala Solar com equipamentos de baixo custo. Os cursos enfatizaram atividades práticas, observacionais e questionadoras, como discussões sobre a natureza do Sol, manchas solares e proeminências, estimativas da temperatura da fotosfera, observaçã do espectro solar na região do visível e identicação das linhas de absorção entendendo como são produzidas e que tipo de informações podem ser extraídas a partir delas. O objetivo do curso do ensino fundamental foi mostrar que o Sol e um astro dinâmico e que influencia a Terra de diversas maneiras, além de contextualizar o conteúudo ensinado com atividades práticas. O objetivo do curso do ensino médio foi compreender o papel chave desempenhado pela espectroscopia na astrofísica e permitir abordagens interdisciplinares incluíndo física moderna e química no ensino de Astronomia. A metodologia de pesquisa consistiu de uma abordagem qualitativa com a realização de questionários escritos, entrevistas semi-estruturadas e lmagens. Antes dos cursos, muitos alunos concebiam o Sol como sendo uma esfera quente de fogo, as manchas solares como sendo buracos no Sol e as proeminências como magma expelido por vulcões. Após a realizaçã dos cursos os alunos apresentaram ideias sobre o Sol e aspectos de física solar mais próximas das aceitas hoje em dia pela comunidade cientca. Esta pesquisa não ficou restrita aos ganhos cognitivos dos alunos após a realização dos minicursos, pois considerou a interação de diferentes contextos responsáveis pela aprendizagem em museus de ciências. Isso foi possível pelo referencial teórico adotado: o Modelo Contextual de Aprendizagem de Falk e Dierking. Trabalhar conteudos astronômicos de forma interdisciplinar e ao mesmo tempo de maneira ativa e questionadora traz alguns desafios para as equipes de instituições como o Observatório. As atividades elaboradas nos centros de ciências devem ter como principal objetivo despertar o interesse do aprendiz pela ciência, mas também destacamos a necessidade da oferta de minicursos para voluntários, pois a linguagem, conteúdos e metodologias em atividades mais longas podem facilitar abordagens interdisciplinares e integradoras da Astronomia com outras áreas do conhecimento científico pouco exploradas nas salas de aula. Isso pode ocorrer quando o projeto pedagógico da escola é construído coletivamente, envolvendo museus de ciências, professores, escola e alunos buscando conciliar propostas de um ensino de ciências que considere o contexto fora da escola e que ao mesmo tempo tenha relação com o que o aluno está estudando em sala de aula. / Observatories and planetariums offer the possibility of developing contextualized astronomy teaching by fostering educational activities that provide access to a more authentic school science. Thus, this research consisted in developing, applying and evaluating courses about the Sun for middle, junior high school students and solar physics for high school students in an informal educational space, the CDCC/USP Astronomical Observatory. Topics of chemical composition, temperature and stellar evolution were taught in a room totally dedicated to the study of the Sun, a Solar Room, designed with simple and inexpensive equipment. The course strongly emphasized practical, observational and inquirybased activities, such as estimation of the solar surface temperature, observation of the visible solar spectrum, identication of solar absorption lines, understanding how they are produced, and what kind of information can be extracted from the observed spectral lines. Some of the course goals were to foster the comprehension of the key role played by spectroscopy in astrophysics, to contextualize contents with practical activities, and to allow interdisciplinary approaches including modern physics and chemistry in physics teaching. The research methodology consisted of a qualitative approach by fillming the whole course and performing written questionnaires and semi-structured interviews. Before the courses were applied most students conceived the Sun as a hot sphere composed of fire, sunspots as holes in the Sun and solar prominences as magma expelled by volcanoes. After the courses students presented ideas about the Sun and solar physics more closely related to the ones accepted by contemporary science. This research was not restricted to students\' cognitive gains after concluding the courses, since it considered the interaction of different contexts responsible for learning in science museums. This was possible due to the theoretical framework adopted: The Contextual Model of Learning of Falk and Dierking. Some challenges have to be faced by institutions such as the Astronomical Observatory in order to teach astronomy in an interdisciplinary form and with inquiry-based activities The activities developed at science centers must have as their main objective to motivate the public towards science, but it is also important to offer courses for volunteers, since language, contents and methodologies in longer activities can facilitate interdisciplinary approaches of Astronomy with other areas of scientic knowledge seldom explored in classrooms. This can happen when the school\'s educational project is collectively constructed including science museums, teachers, school and students by seeking to enhance teaching proposals that consider the out of school context and is related to contents taught in the classroom.

PhD (Physics) / Department of Physics / Dye sensitized solar cells (DSSCs) have attracted rapid interest over the recent years with prospect of emerging as a viable alternative to conventional silicon based solar cells. The photoanode of DSSCs comprises of dye molecules anchored to the surface of semiconductors such as TiO2. However, the major drawback of Titanium dioxide (TiO2) is its wide band gap (3.0 eV to 3.2 eV) which limits its photocatalytic activities to the ultraviolet region of the electromagnetic spectrum. Understanding the interaction of dye molecules with the surfaces of TiO2 is crucial for optimizing light-harvesting, photoconversion function and photocurrent densities in DSSCs. The three polymorphs of TiO2 are anatase, brookite and rutile. The optical properties of brookite semiconductor have not been much studied although brookite has been reported to have good photocatalytic properties. In this work, Density functional theory (DFT) computational approach was used through various computational softwares which are CASTEP, GAUSSIAN, GAUSSUM, GPAW, ASE, and AVOGADRO with B3LYP, LANL2DZ, PBE, and GGA functional to explore the photocatalytic properties of the typical ruthenium N3 complex, polyenediphenyl-aniline dye moiety, croconate dye molecules and three modelled surfaces of brookite which are (TiO2)5, (TiO2)8 and (TiO2) 68 for application in DSSCs. We also studied the absorption of the corresponding dye molecules on the three surfaces of brookite TiO2. Our findings showed strong binding ability, good electronic coupling, efficient charge separation, spontaneous electron injection and good spectral properties upon adsorption of the dye molecules to brookite TiO2 semiconductor clusters. Our findings on the optical absorption spectra of ruthenium N3 dye, croconate dye and polyenediphenyl-aniline dye molecule absorbed on (TiO2)5 and (TiO2)8 brookite cluster shows bathocromatic shift of the absorption maxima to higher wavelength and improve optical response of TiO2 brookite cluster. A red spectra shift and absorption over a wide range of the solar spectrum in the visible and near infra-red region of the solar spectrum was achieved upon absorption of the ruthenium N3 complex and polyenediphenyl-aniline dye molecules on (TiO2)5 and (TiO2)8 brookite cluster. The results generally suggest that the absorption of dye molecules on TiO2 brookite cluster improves its spectra responsivity in the UV region and makes it possible to absorb over the whole spectrum range, that is, the UV, visible and near infra – red region of the solar spectrum. Our findings also showed good electron injection kinetics from the dye to TiO2 brookite clusters, which suggests higher photocurrents density and open circuit voltage in DSSCs. / NRF