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
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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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.ufc.br:riufc/25532 |
| Date | 01 August 2017 |
| Creators | Pereira, Maurício de Sousa |
| Contributors | Vasconcelos, Igor Frota de |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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