Orientador: João Francisco Escobedo / Banca: Dinival Martins / Banca: Alexandre Dal Pai / Banca: Erico Tadao Teramoto / Banca: Ricardo Molto Pereira / Resumo: O principal objetivo deste estudo é avaliar, com bases em resultados experimentais, um sistema de aquecimento solar constituído de mangueira de polietileno que permite a transferência do calor gerado pela radiação solar direta e/ou difusa (Energia Solar Térmica) para a água. O sistema foi dimensionado para atender a demanda de um Centro de Ressocialização com capacidade para 220 internos. Justifica-se a escolha do tema pelo fato de que consiste em um assunto atual de grande relevância, principalmente porque vive-se uma crise energética em nível mundial. O estudo comprova através de um experimento a viabilidade do aquecedor solar de baixo custo, considerando-se sua aplicabilidade em locais que demanda grande volume de água aquecida para banho. Os resultados demonstraram que o sistema alternativo proposto atendeu de forma eficiente e econômica a demanda solicitada, o que pode ser adotada pelo poder público em qualquer um de seus segmentos que necessite de água aquecida, com objetivo de reduzir custos e contribuir com o sistema energético brasileiro. O sistema foi analisado para atuar em fluxo continuo e fluxo intermitente, ambos objetivando aquecer a água a temperaturas superiores a 37 °C no inverno. Os resultados alcançados atenderam as expectativas coletando grandes volumes, com temperaturas médias acima de 42 °C. / Abstract: The aim of this study is to evaluate, with bases on experimental results, a solar heating system consists of polyethylene hose that allows the transfer of heat generated by direct solar radiation and / or diffuse (Solar Thermal Energy) to the water. The system has been designed to meet the demand of a Rehabilitation Center with a capacity for 220 inmates. Justified the choice of the theme for the fact that consists of a current subject of great importance, especially because it lives in an energy crisis worldwide. The study proves through an experiment the viability of solar heater low cost, considering their applicability in places that demand large volume of heated water for bathing. The results showed that the alternative system proposed met efficiently and economically the requested demand, which can be adopted by the government in any of its segments that need heated water, in order to reduce costs and contribute to the Brazilian energy system. The system was analyzed to operate in continuous flow, intermittent flow, both aiming at heating the water to temperatures above 37 °C in winter. The results achieved met the expectations collecting large volumes, with average temperatures above 42 °C. / Doutor

Orientador: Teófilo Miguel de Souza / Banca: Leonardo Mesquita / Banca: Ederaldo Godoy Junior / Resumo: Esta dissertação teve como objetivo a utilização de uma antena parabólica de diâmetro de 2,20 m como aquecedor solar de água de fluxo contínuo. Para a realização dos experimentos foi necessária a adequação da antena de tal modo que os raios solares refletidos passassem pelo foco da mesma, contendo uma panela de pressão pintada de preto fosco em cujo interior tem uma serpentina de cobre para absorver a radiação solar. A parte experimental contou com as medidas do valor da radiação solar, temperatura de entrada e saída da água, temperatura ambiente ao sol, temperatura no foco e a velocidade do vento. Através das medidas realizadas calculou-se a taxa da quantidade de calor e do rendimento térmico obtidos com vazões de 3,6 L/h até 36 L/h com incrementos de 3,6 L/h. Para a vazão de 25,2 L/h obteve-se o melhor rendimento térmico com 44,45%, num dia típico de intensidade solar de 800 W/m² ± 10%, sem nuvens e com velocidade do vento abaixo de 2m/s. Entretanto para um dia totalmente nublado típico a radiação solar foi de 120 W/m² ± 10% e o valor da temperatura de saída da água do aquecedor foi igual ao valor da temperatura de entrada. Verificou-se, assim, a possibilidade da antena parabólica ser empregada como aquecedor solar de água com fluxo contínuo para fins comerciais e residenciais e, também, como um sistema de pré-aquecimento de fluídos. / Abstract: This dissertation had as objective the use of a satellite dish diameter of 2.20 m as solar heater continuous flow of water. For the realization of experiments was necessary the adequacy of the antenna so that the solar rays reflected receipted by focus of same, containing a pressure cooker painted black opacities in whose interior has a serpentine of copper to absorb solar radiation. The experimental part featured the measures of the value of the solar radiation, input and output temperature of water, sun ambient temperature, the temperature in the focus and wind speed. Through measurements performed it was calculated the amount of heat obtained with adequate flow of 3.6 L/h up to 36 L/h with increments of 3.6 L/h. For the flow of 25,2 L/h it was obtained the best thermal efficiency with 44.45% on a typical day of solar intensity of 800 W/m ² ± 10% without clouds and wind speed below 2 m/s. However for a day totally cloudy typical solar radiation was 120 W/m ² ± 10% and the temperature of the water heater's output was equal to the value of input temperature. It was found, so the possibility of satellite dish be used as solar water heater with continuous flow for commercial and residential purposes and also as a pre-heating system fluids. / Mestre

Orientador: Vicente Luiz Scalon / Banca: André Luiz Seixlack / Banca: Délson Luiz Módolo / Resumo: A preocupação com o meio ambiente e o aumento do custo da energia tem representado um estímulo na busca por fontes alternativas e renováveis de energia. Embora várias alternativas tenham sido cogitadas durante o processo, a energia solar sempre teve um papel importante nesta nova conjuntura. Este tipo de energia aumentou significativamente a sua participação na forma que é mais utilizada: o aquecimento direto de água. Embora outros usos da energia solar, como para geração de eletricidade, estejam em estudo no Brasil, os projetos neste sentido ainda são incipientes. No país, os principais aproveitamentos sustentáveis estão direcionados para o uso de várias formas de biomassa. Se em grande escala o uso da energia solar ainda não merece destaque, o seu uso em residências representa um caso de sucesso. Os sistemas de aquecimento baseados em energia solar podem ser direcionados tanto para uso doméstico como para uso em piscinas possui inúmeras vantagens como: a economia de outras fontes de energia e uma eficiência energética adequada. Uma das maiores restrições à difusão destes sistemas é o seu elevado custo inicial. Uma tentativa de reduzir este custo é substituição dos coletores solares tradicionais por um sistema de custo menor e, de preferência, boa eficiência. Considerando esta situação, neste trabalho propõe-se a análise da eficiência de um modelo de coletor solar para piscina composto de tubos de polietileno arranjados numa geometria em espiral. Estudos mostram que a utilização deste novo conceito de coletor solar para piscina pode reduzir o custo inicial de instalação, permitindo seu uso em substituição a modelos comerciais. Visando a eficiência térmica do coletor, foi montando um experimento de acordo com o padrão da norma brasileira e um modelo teórico baseado em expressões disponíveis na literatura... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Concern about the environment and the increasing in energy cost has been representing an incentive in finding alternative and renewable energy sources. Although several alternatives had been congitated during this times, solar energy was always an important role in this new context. This energy form has significantly increased its participation in the group that it is most commonly used: the water heating. While other uses of solar energy, such as for electricity generation, are being studied in Brazil, the tests in this direction are still incipient. In the country, the main sustainable energy source is the direct use of biomass. If large-scale use of solar energy don't deserves mention it use on residential devices is a sucess. Heating systems based on solar energy can be directed for both domestic use and for use in swimming pools. The heating of swimming pool water has many advantages such as: the economy of other energy sources and energy efficiency appropriate. One of the major constraints to the diffusion of these systems is their high initial cost. An attempt to reduce this cost is to replace the traditional solar collector system for a lower cost, and preferably good efficiency. Considering this situation, this work analyzes the efficiency of a solar collector device constructed with polyethylene tubes arranged in a spiral geometry. Studies show that the use of this new concept of solar collector for swimming pool can reduce the initial cost of installation, allowing its use in replacement of commercial models. To evaluate the thermal efficiency of the collector, an experiment was set up according to the Brazilian standards and a theoretical model based on expressions available in the literature. Using these tools, it was performed a comparative analysis between the homemade spiral type and a commercial collector. Based on the results obtained it was found that the thermal behavior of the two devices is very similar / Mestre

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000418872-Texto+Completo-0.pdf: 16917995 bytes, checksum: fad9c8b15b907ff1192170e6f2c82728 (MD5) Previous issue date: 2009 / The production of electric energy by photovoltaic effect requires the use of devices called solar cells. The introduction of dopant elements by diffusion processes are used to form the p-n junction in silicon solar cells. In this way the Si wafers are able to convert the solar radiation into electric energy. In order to dope Si wafers diffusion furnaces are utilized. The main objective of this work was the development and characterization of a conventional diffusion furnace for manufacturing solar cells with dimensions up to 150 mm x 150 mm. The project and assembly of the components of the furnace was carried out, as well as the thermal characterization with the definition of the flat-zone temperature and analysis of the radial thermal uniformity. The furnace was projected and developed in modules that correspond to the heating system, the set of components of quartz and SiC, the structure, the gases cabinet, the load system, the laminar flow system, the exhaustion system, the thermal isolation and the control system. For the thermal characterization of the furnace, nine thermocouples type K had been used, allowing the measurement of the temperature inside of the processing tube in the longitudinal and radial directions. The furnace was analyzed for temperatures of 725 °C, 800 °C, 875 °C and 965 °C in the interior of the tube. At 875 °C a flat-zone of around 200 mm was verified with a variation up to 5 °C in the longitudinal direction and up to 4 °C in the radial direction. / A produção de energia elétrica por meio do efeito fotovoltaico requer o uso de dispositivos chamados de células solares. Dentre as etapas de fabricação de células solares a partir de lâminas de Si, a introdução de elementos dopantes pelo processo de difusão é a responsável pela formação da junção p-n, tornando as lâminas de Si passíveis de converter a radiação solar em energia elétrica. Para a realização deste processo são utilizados equipamentos denominados de fornos de difusão. O principal objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento e caracterização de um forno de difusão convencional para a fabricação de células solares com aresta de até 150 mm. Foi realizado o projeto e montagem dos componentes do forno, assim como a caracterização térmica do mesmo com a definição da zona plana de temperatura e análise da uniformidade térmica radial. O forno foi projetado e desenvolvido em módulos que correspondem ao sistema de aquecimento, ao conjunto de componentes de quartzo e SiC, à estrutura, ao armário de gases, ao sistema de carregamento, ao sistema de fluxo laminar, ao sistema de exaustão, ao isolamento térmico e ao sistema de controle. Para a caracterização térmica do forno, foram utilizados nove termopares do tipo K, permitindo a medição da temperatura no interior do tubo de processamento nos sentidos longitudinal e radial. O forno foi analisado para as temperaturas de 725 °C, 800 °C, 875 °C e 965 °C no interior do tubo. Em 875 °C verificou-se uma zona plana de aproximadamente 200 mm como uma variação de até 5 °C no sentido longitudinal e até 4 °C no sentido radial.

Este trabalho foi desenvolvido em duas etapas: i) síntese, caracterização e aplicação de pontos quânticos de CdS, CdSe e CdTe em células solares. ii) modificação da superfície dos pontos quânticos de CdSe através de troca de ligante, seguida de caracterização e aplicação em células solares. Os pontos quânticos foram sintetizados utilizando acetatos de cádmio, selênio, telúrio e enxofre como precursores e ácido oleico como agente de estabilização. Na segunda etapa o ácido oleico foi substituído por ligantes com maior afinidade eletrônica pelos sítios de Cd2+: ácido 3-mercaptopropiônico, 4-ácido-mercaptobenzóico e ácido 11-mercaptoundecanóico. As amostras foram caracterizadas por UV-Vis, fluorescência, microscopia eletrônica de transmissão, difratometria de raios-X e voltametria cíclica. Adicionalmente, testes de solubilidade, análises de TGA e de RMN foram realizadas para confirmar a troca de ligante. Através dos resultados, verificou-se que todos os pontos quânticos sintetizados são adequados para sensibilização de TiO2 em dispositivos fotovoltaicos. No entanto, os pontos quânticos de CdSe e CdTe apresentaram fatores que evidenciam maior confinamento quântico, sendo que a maior estabilidade do éxciton foi obtida para o CdSe. Através das análises de RMN foi possível verificar que não existe apenas uma confirguração espacial preferencial para a adsorção do ligante sobre a superfície deste ponto quântico enquanto que curvas de corrente versus potencial e de eficiência de conversão de fóton incidente mostraram que a eficiência do dispositivo é fracamente dependente do ligante. Contudo, a troca de ligantes favorece a solubilidade em solventes com diferentes polaridades, inclusive água, o que amplia as possibilidades de aplicação dos pontos quânticos sintetizados neste trabalho. / This work was developed in two stages: i) synthesis, characterization and application of CdS, CdSe and CdTe quantum dots to assemble solar cells, ii) surface modification, characterization and application of CdSe quantum dots to assemble solar cells. The quantum dots were synthesized by using cadmium acetate, Se, S or Te as precursors and oleic acid as stabilizing agent. In the second stage the oleic acid capping layer was replaced by other ligands with higher electron affinity to Cd2+: 3-mercaptopropionic acid, 4-mercaptobenzoic acid and 11-mercaptoundecanoic acid. The samples were characterized by UV-Vis, fluorescence, transmission electron microscopy, x-ray diffractometry and cyclic voltammetry. Additionally, solubility tests, TGA analysis and NMR were performed to evaluate the CdSe surface modification. The results showed that all quantum dots synthesized are adequate to sensitize TiO2 in photovoltaic devices. However, CdSe and CdTe quantum dots presented better quantum confinement and the exciton generated in CdSe presented the higher stability. NMR analysis provided information about the non-preferential orientation for adsorption of the ligands on the CdSe surface, meanwhile measurements of current vs. potential and incident photon current efficiency showed a weak dependence of photovoltaic device efficiency with the nature of the ligand. On the other side, the surface modification favors the solubility in solvents with different polarizabilities, including water, widening the range for applications of the quantum dots synthesized in this work.

A utilização de nanopartículas poliméricas como carreadores de filtros solares tem sido descrita na literatura, com intuito de possibilitar uma maior retenção desses no estrato córneo. Esse trabalho teve por objetivo desenvolver formulações nanotecnológicas fotoprotetoras a partir de variações na composição do núcleo oleoso e na composição quali-quantitativa dos filtros solares selecionados. Inicialmente, foram preparadas formulações contendo somente metoxicinamato de octila (OMC), afim de determinar a melhor concentração do filtro no núcleo. A análise da estabilidade dessas nanocápsulas mostrou que a menor concentração de OMC foi a ideal para a sua localização preferencial no núcleo. Posteriormente, a essa formulação foi adicionado 16 mg/mL de um óleo adicional, obtendo-se a formulação NC1, a qual apresentou tamanho nanométrico e potencial zeta variando entre -9 e -18 mV. Após a secagem das formulações contendo OMC ou OMC associado ao óleo adicional, a retomada do tamanho nanométrico foi obtida em sua totalidade apenas para a formulação contendo OMC e o óleo adicional. No estudo do gradiente de densidade observou-se que essa mesma formulação, apresentou a menor tendência à mistura de partículas. A formulação NC1 também propiciou maior fotoestabilização do OMC, da mesma forma como a sua respectiva forma pulverulenta. Após incorporação dos nanoinsumos em hidrogéis, os valores de pH, comportamento reológico e características organolépticas obtidas foram adequadas para aplicação tópica. No estudo da capacidade fotoprotetora, a formulação contendo NC1 apresentou melhor desempenho. O hidrogel contendo NC1 também apresentou maior retenção no estrato córneo em ambos os tempos de análise (2 h e 6 h) em relação aos demais hidrogéis contendo somente OMC. Em um estudo final, foram adicionados outros dois filtros solares à formulação NC1, a octiltriazona e bemotrizinol. As formulações apresentaram tamanho de partícula, bem como pH e potencial zeta, adequados. Na análise da estabilidade física das formulações, observou-se que as mesmas mantiveram-se estáveis durante todo o período de análise. No estudo da capacidade fotoprotetora e da capacidade absortiva, a formulação contendo um total de 3 mg/mL de filtros solares encapsulado apresentou melhor desempenho. No estudo de penetração cutânea, esse mesmo semissólido apresentou melhor retenção no estrato córneo após 6 horas em relação ao semissólido contendo os três filtros na forma livre. No estudo avaliando as peles suínas tratadas com as formulações seguida da irradiação em lâmpada UVB, os hidrogéis contendo nanocápsulas (gel contendo NC1 e o gel contendo NC4) foram aqueles que mostraram maior capacidade de evitar os danos provocados pela radiação. Em síntese, esse trabalho demonstrou a superioridade das nanocápsulas desenvolvidas em relação aos hidrogéis não-nanotecnológicos. Também foi demonstrado a possibilidade de encapsulação de mais de um filtro solar no núcleo oleoso das nanocápsulas. / Polymeric nanoparticles containig sunscreens have been developed in several studies mainly to enable greater retention in the stratum corneum. This work aimed to develop photoprotective formulations based on nanotechnology by variyng in the oil core composition and quali-quantitative composition of selected sunscreens. Initially, only formulations containing ethylhexyl methoxycinnamate (EMC) were prepared, in order to determine the optimal concentration of this filter in the nanoparticles core. The stability analysis of these nanocapsules demonstrated that the lower concentration of EMC was the optimal for its core location. To this formulation 16 mg / mL of an additional oil was added, obtaining the NC1 formulation, which had nanometer size and zeta potential ranging between -9 and -18 mV. After drying the formulations containing EMC or EMC associated with additional oil, the resumption of nanometric particle size were obtained in its entirety only for the formulation containing EMC and additional oil. In the study of density gradient, this formulation also showed a lower tendency of particle mixture. The NC1 formulation also provided greater photostabilization of EMC, just as its respective dry form. After incorporation of nanoparticles in hydrogels, the pH values, rheological behavior and organoleptic characteristics were appropriated for topical application. In the study of photoprotective capacity, the formulation containing NC1 presented the best performance. The hydrogel containing NC1 showed greater retention in the stratum corneum for 2 and 6 hours, compared to other hydrogels containing only EMC. In a second study, the sunscreens ethylhexyl triazone and bemotrizinol were added to NC1 formulation. The formulations had suitable particle size as well as pH and zeta potential. In the analysis of physical stability of these formulations, it was observed that they were stable throughout the period of analysis. In the study of photoprotective capacity and absorptive capacity, the formulation containing 3 mg/mL of sunscreens encapsulated showed the best performance. In the study of skin penetration, this semisolid showed better retention in the stratum corneum only after 6 hours compared to semisolid containing three sunscreens in free form. In a study evaluating the porcine skin treated with the formulations and submitted to UVB irradiation, hydrogels containing nanocapsules (hydrogel containing NC1 and hydrogel containing NC4) were those that showed greater capacity to prevent damage caused by radiation. In summary, this study demonstrated the superiority of developed nanocapsules in relation to non-nanotechnology hydrogels. It was also demonstrated the possibility of encapsulation of more than one sunscreen in the oil core of nanocapsules.

Os polímeros conjugados têm sido objeto de estudo nos últimos vinte anos devido à grande variação observada em sua condutividade quando sob dopagem química. A maioria dos polímeros dessa família passa de isolante, quando não dopados ou fracamente dopados, a bons condutores de eletricidade quando fortemente dopados. Em dopagens intermediárias apresentam um comportamento semicondutor, inclusive efeitos de fotocondução, fotovoltagem e luminescência. Nesse trabalho exploramos algumas dessas propriedades, mais comuns aos semicondutores inorgânicos, e mostramos que é possível obter dispositivos eletrônicos e/ou optoeletrônicos com os polímeros orgânicos. Em estruturas de diodos, tipo Schottky e pin, fabricamos e caracterizamos dispositivos fotovoltaicos com polianilina e poli(o-metoxianilina). Nesses materiais, sob fraca dopagem foi observado um efeito de fotocondução negativa. Já com o poli(2-metoxi, 5-hexiloxi-1,4fenileno vinileno) fabricamos e caracterizamos células fotovoltaicas e mostramos que esse tipo de estrutura permite a fabricação de um dispositivo reversível: fotovoltaico e eletroluminescente. / Conjugated polymers have been extensively studied in the last twenty years due to their high conductivity variation under doping. They are insulating materials when non-doped or weakly doped and good conductors when strongly doped. In intermediate doping concentration they behave as semiconductors, exhibiting photoconduction, photovoltaic and luminescent effects. In this work we explore some of these properties and we show that metoxyaniline), using Schottky and pin structures, were fabricated and characterized. These materiaIs, when weakly doped, showed a negative photoconductivity. Schottky diodes were also fabricated with poly (2¬methoxy, 5-hexyloxy, 1-4 phenylene-vynilene) and besides the photovoltaic effect this device exhibited the reversible eletroluminescent effect.

As células solares orgânicas, também conhecidas como (OPVs), fazem parte da terceira geração dos dispositivos fotovoltaicos. Entre outras tecnologias emergentes, a dos OPVs tem a vantagem de ser de fácil processamento e de baixo custo. Ou seja, uma tecnologia comercialmente promissora na área de conversão de energia solar em energia elétrica. No entanto, grandes desafios precisam ser superados para colocar estas células no mercado dos fotovoltaicos. Dentre esses desafios, pode estar incluído, inevitavelmente, a compreensão dos processos físicos envolvidos na fotogeração em OPVs, dentre os quais pode-se destacar o da recombinação de cargas fotogeradas. A recombinação é o principal responsável pela perda de eficiência em OPVs, uma vez que ela elimina uma fração relativamente grande de portadores de carga, diminuindo consideravelmente a potência de saída da célula. Para estudar este efeito indesejado em células orgânicas, desenvolvemos um modelo analítico para fotocorrente em OPVs do tipo bulk heterojunction (BHJ), assumindo uma recombinação bimolecular de cinética de segunda ordem. O modelo é representado por uma expressão analítica obtida a partir das equações fundamentais da eletrodinâmica clássica, onde despreza-se a contribuição da corrente de difusão e as mobilidades dos elétrons e dos buracos são consideradas iguais. Essa expressão foi de grande valia na análise dos resultados experimentais, sobretudo os de corrente-tensão (J-V) sob iluminação, e além disso, ela permitiu extrair parâmetros intrínsecos do transporte de carga, como mobilidade e coeficiente de recombinação. Neste sentido, foram fabricados dispositivos cuja estrutura foi ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Ca/Al, e com eles foram realizados inúmeros experimentos. As técnicas usadas na parte experimental foram: medidas J-V, no escuro e sob iluminação, medidas de transiente de fotovoltagem (TPV), de transiente de fotocorrente (TPC), e de Foto-CELIV (Charge Extraction Linear Increasing Voltage). Usamos como parâmetros experimentais a temperatura e intensidade de iluminação. Das medidas J-V sob iluminação, foram extraídos os parâmetros essenciais da célula: corrente de curto (Jsc), potencial de circuito aberto (Voc), fator de preenchimento (FF) e a eficiência (PCE). A partir das abordagens experimental e teórica, exploramos a influência da recombinação bimolecular no comportamento fotovoltaico dos dispositivos. O desenvolvimento do modelo teve contribuição de trabalhos que se basearam em modelagem numérica a partir de condições físicas semelhantes às usadas em nosso tratamento e que foram levadas em consideração no processo de análise dos resultados experimentais. / Organic solar cells, also known as (OPVs), are part of the third generation of photovoltaic devices. Among other emerging technologies, OPVs have the advantage of being easy to process and exhibits low cost of production. That is, it is a promising commercial technology in the area of converting solar energy into electricity. However, major challenges need to be overcome to put these cells in the photovoltaic market. Among them, it can be included, inevitably, the comprehension of the physical processes involved in photogeneration in OPVs, of which, the recombination of photogenerated carriers is included. Recombination is primarily factor responsible for the loss of efficiency in OPVs, since recombination eliminates a large fraction of the carriers, considerably reducing the output power of the cell. To study this undesirable effect in organic cells, we developed an analytical model for the photocurrent in bulk heterojunction cells (BHJ), which assumes the bimolecular recombination of second order kinetics. The model is represented by an analytical expression obtained by the equations of the classical electrodynamics, where we neglected the contribution of the diffusion current and assumed that electrons and holes have equal mobilities. The expression was of great value for the analysis of the experimental results, especially the current-voltage (J-V) measurements under illumination, and it allowed to extract intrinsic parameters of charge transport effects, such as mobility and recombination coefficient. For this, it were fabricated devices whose structure was ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Ca-Al, and with them were performed numerous experiments. The techniques used in the experimental part were: J-V measurements, in the dark and under illumination, transient photovoltage (TPV), transient photocurrent (TPC), and of Charge Extraction Linear Increasing Voltage (Photo-CELIV). We used as experimental parameters the temperature and the intensity of. From J-V measurements under illumination we extracted the essential cell parameters: short current (Jsc), open circuit potential (Voc), fill factor (FF) and efficiency (PCE). From the experimental and theoretical approaches, we explored the influence of bimolecular recombination on the photovoltaic behavior of the devices. The development of the model had contributions of works based on numerical modelings from physical conditions similar to those used in our treatment and that were taken into account in the process of analysis of the experimental results.

Semicondutores orgânicos têm atraído cada vez mais atenção da comunidade científica e de indústrias. O grande interesse se divide entre a riqueza de fenômenos físicos e químicos a serem estudados e o seu grande potencial de aplicação tecnológica nas mais diversas áreas: diodos emissores de luz (OLEDs), células solares e fotodiodos, transistores, biosensores, sensores de radiação ionizante, entre outros. O objetivo deste trabalho foi de contribuir para o avanço de duas áreas de aplicação, ambas relacionadas com a interação de radiação eletromagnética com a matéria: células solares e dosimetria de radiação gama. Na área de células solares, foram explorados dois dos principais limitadores do aumento de eficiência de conversão de potência: a falta de materiais com absorção na região em que o Sol emite mais fótons (infravermelho próximo (NIR)) e a dificuldade de controle da morfologia interna das células. Foi demonstrado um novo conceito de fabricação de células solares através da nanoestruturação de filmes finos poliméricos. A metodologia de estruturação se baseia no processo de separação de fases em blendas poliméricas durante o processo de deposição por spin-coating e a subseqüente remoção de uma das componentes. Assim é possível obter uma camada ativa cobrindo todo o substrato e apresentando ondulações na superfície que podem ser variadas desde alguns nanômetros de altura e largura até micrômetros. O processo de nanoestruturação é discutido e dispositivos fotovoltaicos foram produzidos cobrindo filmes nanoestruturados de MEH-PPV com fulereno C60. A eficiência de conversão de potência destas células é três vezes maior do que o melhor resultado já reportado para este par de materiais até o momento e atinge quase 3% sob irradiação monocromática. Utilizando corantes cianinos, dispositivos fotovoltaicos e fotodiodos com resposta desde no visível até o infravermelhor próximo (~1000 nm) foram demonstrados e foi observado um papel importante dos íons móveis presentes nos corantes. Finalmente, foi demonstrada a aplicabilidade de um corante polimerizado como dosímetro de radiação gama. A faixa de operação do dosímetro pode ser alterada variando-se a concentração da solução do corante, que poderia ser utilizado na região de doses de irradiação de alimentos. / Organic semiconductors have atracted much attention from the scientific community and from the industry. The large interest is divided between the rich number of basic physical and chemical phenomena to be investigated and the great technological potential for application in different areas, such as light emitting diodes (OLEDs), solar cells, photodiodes, transistors, biosensors, ionizing radiation sensors, among others. The subject of this work was to contribute to a deeper understanding of two areas of application, both related to the interaction of electromagnetic radiation with matter: solar cells and gamma ray dosimetry. In the area of solar cells, the lack of materials absorbing in the near infrared (NIR) and the poor control of the morphology of the active films are limiting factor to increasing device efficiency. Therefore both this aspects were explored. A new concept of organic solar cell fabrication was presented based on the anostructuration of polymeric thin films. The methodology is based on phase separation of polymer blends during spin-coating followed by the selective removal of one component. This allows the controlled formation of thin films with characteristic features varying from a few nanometers to micrometers. The effects of molecular weigth, solvent and relative composition were investigated and discussed based on the analysis of AFM images and phase separation models. Devices using structured MEH-PPV layers, covered by C60 were fabricated and showed white light power conversion efficiencies (?) up to 400 % higher than a flat double layer device. Monochromatic ? achieved 2.95 % (480 nm), three times higher than the best reported value for this material combination so far. Using cyanine dyes, photovoltaic devices and photodiodes active in the NIR (~1000 nm) were demosntrated and an important effect of movable ions present in the dyes was observed. Finally, the application of a polymerized dye as gamma ray dosimeter was demonstrated. The operation range can be altered by varying the concentration of polymer in solution, and are useful in the range of low dose food irradiation.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2017-11-22T13:36:26Z No. of bitstreams: 1 PDF - Célia Maria Vargas da Costa Buzzo.pdf: 28050051 bytes, checksum: 1e1c423448d2d2ad5c2f19579259947f (MD5) / Approved for entry into archive by Secta BC (secta.csu.bc@uepb.edu.br) on 2017-12-06T18:34:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PDF - Célia Maria Vargas da Costa Buzzo.pdf: 28050051 bytes, checksum: 1e1c423448d2d2ad5c2f19579259947f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-06T18:34:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Célia Maria Vargas da Costa Buzzo.pdf: 28050051 bytes, checksum: 1e1c423448d2d2ad5c2f19579259947f (MD5) Previous issue date: 2016-08-31 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / The importance of using effective and safe sunscreens is an undeniable reality, requiring formulators to obtain enough technical and scientific knowledge to overcome trade barriers. For this purpose was conducted this study using factorial design in the optimization of processes in order to achieve a stable formulation of a sun protection factor (SPF) of medium protection, with action against dermal damage induced by UV radiation. To evaluate the influence of the independent variables (type of wax, emollient and sensory modifier) on the dependent variables (pH, droplet size, conductivity, spreadability, stickiness and FPS), it was elaborated a factorial design 2³ with 8 formulations, which were characterized in relation to the organoleptic and physico-chemical parameters. The results showed that the variables pH, conductivity and viscosity correlated by analysis of variance (ANOVA). Confronting all correlation factors - response, the formulations selected for stability study were F1, F2 and F5. The stability results revealed that F1 significant difference for viscosity (T90 - environment), F2 for viscosity (T60 - environment and refrigerator) and F5 to pH (T90 - environment and ultraviolet light). For registration purposes, it was continued the research on the safety testing required by Anvisa in F1 formulation due to have lower cost. 30 Swiss mice were used (Mus musculus), adult males housed under temperature controlled light / dark cycle of 12 / 12h with standard food and water ad libitum. Animals received UVB irradiation stemmed from a Philips® TL 40W lamp / 12 RS, divided into six groups (n = 5). After being sacrificed it was obtained histologic sections of skin stained with hematoxylin-eosin (HE) and measured the thickness of the skin layers and the number of nucleated cells for each animal. The histopathological results showed that the formulation chosen softened histopathologic skin changes with reduction of sunburn cells, the number of layers of nucleated cells in the epidermis and absence of inflammatory infiltrate in the subepidermal region, obtaining the expected protective effect. At the end the purpose of the study was achieved proving to be a very important work with scientific support, developed by factorial design, a not so used tool in cosmetology area. / A importância do uso de fotoprotetores eficazes e seguros é uma realidade indiscutível, sendo necessário que os formuladores detenham conhecimentos técnico e cientifico suficientes para ultrapassar as barreiras comerciais. Com esse propósito foi conduzido o presente estudo que utilizou o planejamento fatorial na otimização de processos a fim de obter uma formulação estável de fator de proteção solar (FPS) de média proteção, com ação contra danos dérmicos induzidos pela radiação UV. Para avaliar a influência das variáveis independentes (tipo de cera, emoliente e agente modificador de sensorial) sobre as variáveis dependentes (pH, tamanho de gotículas, condutividade, espalhabilidade, viscosidade e FPS), elaborou-se um planejamento fatorial 2³ com 8 formulações, as quais foram caracterizadas em relação aos parâmetros organolépticos e físico-químicos. Os resultados mostraram que as variáveis pH, condutividade e viscosidade apresentaram correlação por análise de variância (ANOVA). Ao confrontar todas as correlações fatores – resposta, as formulações selecionadas para o estudo de estabilidade foram F1, F2 e F5. Os resultados de estabilidade revelaram que F1 apresentou diferença significativa para viscosidade (T90 - ambiente), F2 para viscosidade (T60 - ambiente e geladeira) e F5 para pH (T90 - ambiente e luz ultravioleta). Para fins de registro, foi dada continuidade às pesquisas com os testes de segurança exigidos pela Anvisa na formulação F1 em virtude de possuir menor custo. Foram utilizados 30 camundongos Swiss (Mus musculus), machos adultos alojados sob temperatura controlada ciclo claro/escuro de 12/12h, com ração padrão e água ad libitum. Os animais receberam irradiação UVB provinda ® de uma lâmpada Philips TL 40W/12 RS, sendo divididos em seis grupos (n=5). Após serem sacrificados foram obtidos cortes histológicos da epiderme corados com hematoxilina-eosina (HE), sendo avaliada a espessura, o número de camadas de células nucleadas e o número de células de queimadura solar da epiderme, bem como a presença de infiltrado inflamatório na região subepidérmica de cada animal. Os resultados histopatológicos demonstraram que a formulação escolhida amenizou as alterações histopatológicas da pele, com redução do número de células de queimadura solar, do número de camadas de células nucleadas na epiderme e ausência de infiltrado inflamatório na região subepidérmica, obtendo o efeito protetor esperado. Ao final o objetivo do estudo foi atingido provando ser um trabalho de grande relevância e respaldo científico, desenvolvido por planejamento fatorial, ferramenta pouco utilizada na área de cosmetologia.