ESTUDO DO DESEMPENHO FOTOVOLTAICO EM CÉLULAS SOLARES SENSIBILIZADAS POR CORANTES NATURAIS UTILIZANDO ÓXIDOS SEMICONDUTORES HÍBRIDOS
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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA CELSO SUCKOW DA FONSECA
Resumo
In order to supply the growing demand for electrical energy in a way that does not harm the environment, several alternative energy sources are being implemented in the electrical system, such as photovoltaic solar energy. The photovoltaic effect occurs when solar radiation falls on plates composed of semiconductor material (usually silicon), and this is converted into electricity. Since the sun is a practically inexhaustible source of radiation, it can be said that photovoltaic solar energy has great potential to meet the world's energy needs in a sustainable way. Based on this premise, a viable alternative to take advantage of this resource is the use of dye-sensitized solar cells (DSSCs – Dye Sensitized Solar Cells), as these, unlike silicon-based photovoltaic cells, have a low manufacturing cost. The present work consisted of the search for a method to modify the photosensitizing surface and consequently increase the conversion efficiency of these cells. To carry out this method, DSSCs were constructed with two distinct anodes: one based on TiO2, and another hybrid based on TiO2-CuO. The natural colorings used were extracted from fruits: scarlet eggplant (Gilo group), pitomb (Talisia esculenta) and black grape (Vitis labrusca), the first two being mentioned, unpublished in the literature. The Pt-based cathode was used in all solar cells, as well as the iodine-based electrolyte. In order to obtain detailed results and specific analyses, optical, structural and electrochemical characterizations were carried out. The anode surface using TiO2 sensitized respectively by scarlet eggplant, pitomb and black grape dyes, presented the following conversion efficiencies (η): 0,51%, 0,56% and 1,12%. For the hybrid surface of TiO2-CuO: 2,77%, 2,81% and 5,22%, respectively. It was found that with the use of the hybrid anode surface, there was a considerable increase when compared using only TiO2. It was concluded in this work that, depending on the type of modification performed on photosensitizing surfaces in DSSCs,
Para suprir a crescente demanda de energia elétrica de modo a não prejudicar o meio ambiente, diversas fontes alternativas de energia estão sendo implementadas no sistema elétrico, como por exemplo, a energia solar fotovoltaica. O efeito fotovoltaico ocorre quando a radiação solar incide em placas compostas por material semicondutor (normalmente de silício), e esta é convertida em eletricidade. Sendo o sol, uma fonte de radiação praticamente inesgotável, pode-se dizer que a energia solar fotovoltaica possui grande potencial para atender a necessidade energética mundial de modo sustentável. Baseando-se nesta premissa, uma alternativa viável para aproveitar este recurso é a utilização de células solares sensibilizadas por corantes (DSSCs – Dye Sensitized Solar Cells), pois estas, diferentemente das células fotovoltaicas à base de silício, possuem baixo custo de fabricação. O presente trabalho consistiu na busca de um método que modificasse a superfície fotossensibilizadora e consequentemente aumentasse a eficiência de conversão destas células. Para a realização deste método, foram construídas DSSCs com dois ânodos distintos: um à base de TiO2, e outro híbrido à base de TiO2-CuO. Os corantes naturais utilizados foram extraídos das frutas: jiló (Gilo group), pitomba (Talisia esculenta) e uva preta (Vitis labrusca), sendo as duas primeiras mencionadas, inéditas na literatura. O cátodo à base de Pt foi utilizado em todas as células solares, assim como o eletrólito, feito à base de iodo. Para a obtenção detalhada dos resultados e análises específicas, as caraterizações ópticas, estruturais e eletroquímicas foram realizadas. A superfície de ânodo utilizando TiO2 sensibilizada respectivamente pelos corantes de jiló, pitomba e uva preta, apresentou as seguintes eficiências de conversão (η): 0,51%, 0,56% e 1,12%. Já para a superfície híbrida de TiO2-CuO: 2,77%, 2,81% e 5,22%, respectivamente. Verificou-se que com a utilização da superfície de ânodo híbrida, houve um aumento considerável se comparada utilizando apenas TiO2. Concluiu-se neste trabalho, que dependendo do tipo de modificação realizada em superfícies fotossensibilizadoras em DSSCs, estas podem levar ao aumento expressivo de eficiência de conversão solar (η).
Para suprir a crescente demanda de energia elétrica de modo a não prejudicar o meio ambiente, diversas fontes alternativas de energia estão sendo implementadas no sistema elétrico, como por exemplo, a energia solar fotovoltaica. O efeito fotovoltaico ocorre quando a radiação solar incide em placas compostas por material semicondutor (normalmente de silício), e esta é convertida em eletricidade. Sendo o sol, uma fonte de radiação praticamente inesgotável, pode-se dizer que a energia solar fotovoltaica possui grande potencial para atender a necessidade energética mundial de modo sustentável. Baseando-se nesta premissa, uma alternativa viável para aproveitar este recurso é a utilização de células solares sensibilizadas por corantes (DSSCs – Dye Sensitized Solar Cells), pois estas, diferentemente das células fotovoltaicas à base de silício, possuem baixo custo de fabricação. O presente trabalho consistiu na busca de um método que modificasse a superfície fotossensibilizadora e consequentemente aumentasse a eficiência de conversão destas células. Para a realização deste método, foram construídas DSSCs com dois ânodos distintos: um à base de TiO2, e outro híbrido à base de TiO2-CuO. Os corantes naturais utilizados foram extraídos das frutas: jiló (Gilo group), pitomba (Talisia esculenta) e uva preta (Vitis labrusca), sendo as duas primeiras mencionadas, inéditas na literatura. O cátodo à base de Pt foi utilizado em todas as células solares, assim como o eletrólito, feito à base de iodo. Para a obtenção detalhada dos resultados e análises específicas, as caraterizações ópticas, estruturais e eletroquímicas foram realizadas. A superfície de ânodo utilizando TiO2 sensibilizada respectivamente pelos corantes de jiló, pitomba e uva preta, apresentou as seguintes eficiências de conversão (η): 0,51%, 0,56% e 1,12%. Já para a superfície híbrida de TiO2-CuO: 2,77%, 2,81% e 5,22%, respectivamente. Verificou-se que com a utilização da superfície de ânodo híbrida, houve um aumento considerável se comparada utilizando apenas TiO2. Concluiu-se neste trabalho, que dependendo do tipo de modificação realizada em superfícies fotossensibilizadoras em DSSCs, estas podem levar ao aumento expressivo de eficiência de conversão solar (η).