Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / One of the greatest challenges of our time is to devise means to provide energy in a
sustainable way to attend an exponentially growing demand. The energy demand is
expected to grow 56% by 2040. In this context, the use of clean and sustainable sources
of energy is imperative. Among these sources, solar energy is the only one which can
meet the total world energy requirement even considering such large growth in demand.
The solar power incident on the Earth's surface every second is equivalent to 4 trillion
100-watt light bulbs. Photovoltaic solar cells are one of several ways to harness solar
energy. These cells convert solar energy directly into electricity. Commercial photovoltaic
devices are already a reality, but their share of the world energy matrix is still quite
small, mainly due to the high costs. Next generation photovoltaics open a number of
new possibilities for photovoltaic energy applications that can potentially decrease the
overall cost of energy production. Transition metal semiconductor oxides are promising
materials that can be produced by low cost methods and oer interesting new features.
The use of these materials in next generation photovoltaics is therefore a very promising
and interesting application. In this thesis work zinc, titanium and vanadium oxides were
used in next generation solar cells. Thin lms of zinc oxide were synthesized by the
low cost and environmentally friendly techniques of electrodeposition and hydrothermal
synthesis and applied as working electrodes in highly ecient dye sensitized solar cells
(DSSCs). The lms were characterized by structural and optical techniques while the cells
were tested by current
vs:
voltage and quantum eciency measurements. The eciencies
of these cells were as high as 2.27% using ZnO thin lms without any post deposition
treatment. Moreover, natural dyes extracted from plants of northeastern Brazil were
applied as sensitizers in DSSCs assembled with commercial available TiO
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as working
electrode. The natural dyes were extracted employing very simple methods and were
characterized by XPS and UPS techniques. Their band alignments were shown to be
compatible with the TiO
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as well as with the mediator electrolyte. The eciency of
DSSCs sensitized with natural dyes were as high as 1.33%. Finally, water based V
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was used as hole transport medium (HTM) in conventional organic solar cells (OSCs) and
ITO-free, plastic OSCs. The results obtained with V
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were compared with the results
obtained from cells assembled with PEDOT:PSS, which is the most used HTM. This
comparison showed that the use of V
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as HTM can lead to more ecient OSCs. The
stability of these devices were evaluated by tests applying the ISOS standards ISOS-D-1,
ISOS-L-1 and ISOS-O-1. A UV-lter and a protective graphene oxide (GO) layer were
employed seeking to improve the stability of OSCs. The combination of both UV-lter
and GO protective layer was shown to be the most eective way to improve the stability
of these devices / Um dos maiores desafios do nosso tempo à desenvolver formas para fornecer energia de forma sustentÃvel para atender uma demanda que cresce exponencialmente e que deverà crescer 56% atà 2040. Neste contexto, o uso de fontes limpas e sustentÃveis de energia à um imperativo. Entre essas fontes, a energia solar à a Ãnica que pode satisfazer a necessidade total de energia do mundo, mesmo considerando o crescimento na demanda. A potÃncia solar incidente na superfÃcie da terra a cada segundo à equivalente a 4 trilhÃes de lÃmpadas de 100 watts. CÃlulas solares fotovoltaicas sÃo uma das vÃrias maneiras de aproveitar a energia solar, convertendo-a diretamente em eletricidade. Dispositivos comerciais fotovoltaicos jà sÃo uma realidade, mas a sua participaÃÃo na matriz energÃtica mundial ainda _e muito pequena, principalmente devido aos seus custos elevados. CÃlulas
fotovoltaicas de nova geraÃÃo abrem uma sÃrie de novas possibilidades para aplicaÃÃes de energia fotovoltaica que pode diminuir o custo total de produÃÃo de energia. Ãxidos semicondutores de metais de transiÃÃo sÃo materiais promissores que podem ser produzidos atravÃs de mÃtodos de baixo custo e que possuem caracterÃsticas interessantes. Por conseguinte, o uso destes materiais em energia fotovoltaica de prÃxima geraÃÃo se apresenta
com uma aplicaÃÃo promissora. Nesta tese de doutorado Ãxidos de zinco, titÃnio e vanÃdio foram utilizados em cÃlulas solares de prÃxima geraÃÃo. Filmes finos de Ãxido de zinco foram sintetizados por eletrodeposiÃÃo e sÃntese hidrotÃrmica. Os filmes foram aplicados como eletrodos de trabalho em cÃlulas solares sensibilizadas por corante (DSSCS) altamente eficientes. Os filmes foram caracterizados por tÃcnicas estruturais e Ãticas enquanto
que as cÃlulas foram testadas por medidas de corrente vs voltagem e de eficiÃncia quÃntica. A eficiÃncia dessas cÃlulas atingiu 2,27% utilizando filmes finos de ZnO sem qualquer tratamento pÃs-deposiÃÃo. Alem disso, corantes naturais extraÃdos de plantas do nordeste do Brasil foram aplicados como sensibilizadores em DSSCs montadas com TiO2 comercial utilizado como eletrodo de trabalho. Os corantes naturais foram extraÃdas empregando mÃtodos simples e foram caracterizados por espectroscopia de fotoelÃtrons
excitados por raios X e por radiaÃÃo ultravioleta, XPS e UPS respectivamente. Seus alinhamentos de banda se mostraram compatÃveis com o TiO2 e com o eletrodo de regeneraÃÃo. A eficiÃncia das DSSCs sensibilizadas com corantes naturais chegou a 1,33%. Finalmente, V2O5 _a base de Ãgua foi usado como material transportador de buracos (HTM) em cÃlulas solares orgÃnicas (OSCs) convencionais e OSCs de plÃstico construÃdas sem ITO. Os resultados
obtidos com V2O5 foram comparados com os resultados de cÃlulas construÃdas
com PEDOT:PSS, que à o HTM mais utilizado. Esta comparaÃÃo revelou que o uso de V2O5 como HTM pode levar a OSCs mais eficientes. A estabilidade destes dispositivos foi avaliada por testes aplicando os padr~oes ISOS-D-1, ISOS-L-1 e ISOS-O-1. O uso de filtros ultravioleta e de uma camada protetora de Ãxido de grafeno reduzido foi testado com o intuito de melhorar a estabilidade desses dispositivos. O uso de uma combinaÃÃo de ambos se mostrou a forma mais efetiva de melhorar a estabilidade das OSCs
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:10222 |
| Date | 30 October 2015 |
| Creators | Francisco Anderson de Sousa Lima |
| Contributors | Igor Frota de Vasconcelos, MÃnica Lira CantÃ, Pedro de Lima Neto, Pierre BasÃlio Almeida Fechine, Alexandre Magno Rodrigues Teixeira, Ana FlÃvia Nogueira |
| Publisher | Universidade Federal do CearÃ, Programa de PÃs-GraduaÃÃo em Engenharia e CiÃncia de Materiais, UFC, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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