Dye-sensitized solar cells: a successful combination of materials

Abstract

As células solares de TiO 2 /corante são uma alternativa promissora para o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos fotovoltaicos. Estas células resultam de uma bem sucedida combinação de materiais: um eletrodo transparente revestido com um filme poroso de partículas nanocristalinas de TiO 2 sensibilizadas com um corante, um eletrólito contendo um par redox adequado e um contra-eletrodo revestido com platina. Em geral, utilizam-se complexos bipiridínicos de Ru como corantes fotosensibilizadores. O desempenho da célula na conversão de luz em eletricidade depende dos níveis de energia do semicondutor e do corante, e da cinética dos processos de transferência de elétrons na interface semicondutor | eletrólito. Esta revisão apresenta uma discussão da influência de cada um dos materiais que constituem as células solares de TiO 2 /corante no processo de conversão de energia, com ênfase aos resultados obtidos para células solares de estado sólido, preparadas com um eletrólito polimérico. Dye-sensitized TiO 2 solar cells, DSSC, are a promising alternative for the development of a new generation of photovoltaic devices. DSSC are a successful combination of materials, consisting of a transparent electrode coated with a dye-sensitized mesoporous film of nanocrystalline particles of TiO 2 , an electrolyte containing a suitable redox-couple and a Pt coated counter-electrode. In general, Ru bipyridyl complexes are used as the dye sensitizers. The light-to-energy conversion performance of the cell depends on the relative energy levels of the semiconductor and dye and on the kinetics of the electron-transfer processes at the sensitized semiconductor | electrolyte interface. The rate of these processes depends on the properties of its components. This contribution presents a discussion on the influence of each of the materials which constitute the DSSC of the overall process for energy conversion. An overview of the results obtained for solid-state dye-sensitized TiO 2 solar cells assembled with polymer electrolytes is also presented.

Preparação de eletrodos opticamente transparentes

“…Antes de iniciar a reação verifica-se a vedação de todas as conexões e se todo sistema está isento de umidade. Com auxílio do funil de adição inicia-se a lenta adição do HCl ao kitasato contendo MnO 2 4 e dissolução em 15 mL de metanol num Becker de 100 mL. Para auxiliar na dissolução usa-se aquecimento suave com o auxílio de um banho-maria e, caso haja a formação de gel, deve-se filtrar a solução usando um funil de vidro sinterizado.…”

“…Nos laboratórios de pesquisa estes eletrodos são usados para depositar filmes finos de materiais eletrocrômicos e estudá-los por técnicas espectrofotométricas acopladas a técnicas eletroquímicas como, por exemplo, espectrocronoamperometria 1 . Estes eletrodos também são usados extensivamente para construir células fotoeletroquímicas de óxido de titânio sensibilizado por corantes [2][3][4] .…”

Perspectives for solid biopolymer electrolytes in dye sensitized solar cell and battery application

“…The color of the device can be easily varied by the choice of dye [67][68][69][70][71][72][73][74][75]. The chemical and physical composition and structure of electrolyte mainly effects on the stability and solar energy conversion efficiency of the DSSC [49][50][51][52][53][54][55].…”

“…Although the highest conversion efficiency has been achieved by using liquid electrolytes due to the stability problems generate mainly from the leakage of electrolyte, quasi gel electrolytes are introduced. However this kind of electrolytes could not solve the stability problem and also caused efficiency reductions generating from the low ionic mobility and trapping of the gel in the metal oxide pores [53][54][55][56]. The next proposed alternative is solid polymer electrolytes in which polyether's and biopolymer-salt complexes are playing the dominant role [76][77][78][79][80][81][82][83][84][85][86][87][88][105][106][107][108][109].…”

Novel TIO2 Microstructures for low cost dye sensitized solar cells

“…The goal of our work is to conduct the science required toward the design of a material coating system which can be applied on site by skilled labor that will generate electricity for a fraction of current PV cost. The technology of focus is the dye sensitized solar cell (DSSC), a hybrid organic/inorganic device with proven efficiencies of 10%, and estimated costs at just 10 to 20% of state of the art silicon devices [1][2][3]. The DSSC is a 3 rd generation PV just beginning commercialization [4][5].…”