Solar Cells Sensitized With Natural Dyes: An Introductory Experiment About Solar Energy for Undergraduate Students

Sonai, Gabriela Gava; Melo, Maurício A.; Nunes, Julia Helena Bormio; Megiatto, Jackson D.; Nogueira, Ana F.

doi:10.5935/0100-4042.20150148

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“…O contraeletrodo era um filme de platina depositado em um substrato condutor. Este conceito de célula ficou comumente conhecida como célula de Grätzel, pela utilização de moléculas de corante orgânico como absorvedor de luz em um filme mesoporoso de TiO 2 , propiciando o seu aprimoramento a partir de diversas classes de corantes, como complexos inorgânicos a base de rutênio, 17,18 corantes naturais, [19][20][21] bem como diferentes aspectos, como utilização de eletrólitos polimé-ricos. 22,23 Estes dispositivos apresentaram considerável estabilidade, baixo custo e a eficiência de conversão certificada é de 11,9%, 6 no entanto, há relato de 13% de eficiência de conversão de energia, 24 que ainda não foi certificada pelo NREL, órgão certificador.…”

unclassified

Células solares sensibilizadas por pontos quânticos

Vitoreti¹,

Corrêa²,

Raphael³

et al. 2016

Quim. Nova

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publicado na web em 25/11/2016 QUANTUM DOT-SENSITIZED SOLAR CELLS. Quantum dot solar cells (QDSC) have been subject of extensive research in recent years. QDSC, as a promising alternative to existing solar cells, are among the candidates for next-generation photovoltaic devices that require low cost, high efficiency, so that quantum dots stand out for their unique features and versatile desirable on photovoltaic systems. The rapid development of QDSC provided a significant increase in energy conversion efficiency, which was certified for the first time in 2010 as 2% then being currently as 11.3%, according to the National Renewable Energy Laboratory (NREL). This paper presents a review of the quantum dot-sensitized solar cells and the major advances reported concerning these cells, besides other types of cell architectures involving quantum dots.Keywords: quantum dots; solar cells; quantum dot-sensitized solar cell. INTRODUÇÃONos dias atuais, há um forte apelo a respeito do aquecimento global proveniente do aumento da emissão de gases que agravam o efeito estufa, como o CO 2 , e suas várias consequências para o nosso planeta, como elevação do nível dos mares e alterações climáticas. 1Além disso, sabe-se que as reservas de combustíveis fósseis são finitas, e que a exploração destes combustíveis causa sérios danos ao meio ambiente, pois geram bilhões de toneladas de gases como CO 2 , CO, SO 2 , NO x , além de aerossóis que são lançados na atmosfera.Nesse sentido, com o intuito de prevenir um colapso climático, 2 países desenvolvidos têm agora por lei que diminuir drasticamente a emissão de tais gases, e, para isso, têm se valido de alternativas limpas e renováveis como biomassa, energia eólica e energia solar, 3,4 as quais vêm se destacando pela abundância das fontes e potencial o que permite sua aplicação de maneira eficiente. A produção de energia por meio de células solares é uma alternativa para levar energia a diversas regiões do país, e, assim, estudos vêm sendo realizados e tecnologias têm sido amplamente testadas para produzir dispositivos fotovoltaicos que são aplicados na conversão da luz solar em eletricidade com mais eficiência. Dentre os materiais possíveis para aplicação em células solares, os pontos quânticos (PQs) têm atraído muito interesse em função, principalmente, de suas propriedades ópticas dependentes do tamanho das nanopartículas. 5Os pontos quânticos de semicondutores são constituídos de partículas nanocristalinas e apresentam diâmetro variando entre 1 e 10 nm, o que corresponde a, aproximadamente, entre 100 e 1000 átomos por nanopartícula. Atualmente, a sua aplicação em dispositivos fotovoltaicos têm se tornado objeto de estudo de vários grupos de pesquisa no mundo, uma vez que células solares sensibilizadas com esses materiais atingiram 11,3% de rendimento de conversão solar, em 2016, de acordo com o Laboratório Nacional de Energias Alternativas -NREL dos Estados Unidos. 6 Nos últimos anos, viram-se avanços conceituais e tecnológicos rápidos em vários aspectos de células solares à bas...

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unclassified

Células solares sensibilizadas por pontos quânticos

Vitoreti¹,

Corrêa²,

Raphael³

et al. 2016

Quim. Nova

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“…The copolymer was able to form electron-hole pairs, as improved photocurrent values were obtained, proving that it is efficient in charge injection. [32][33][34]…”

Section: Figures 4 and 5 Shows The X-ray Diffractograms Of Tio 2 And mentioning

confidence: 99%

COMPARATIVE STUDY OF TiO2 AND ZnO APPLICATION IN HYBRID SOLAR CELLS USING COPOLYMER P3OT/P3MT

Larsson

Tractz

Maia

et al. 2019

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Hybrid inorganic-organic solar cells are an attractive alternative energy source because of their low-cost production and ability to make use of a large amount of solar radiation available. This work aims to evaluate different solar cells composed of TiO 2 and ZnO with P3OT/P3MT copolymer. Layers of semiconductor oxides were deposited on transparent fluorine-doped tin oxide (FTO) by spin coating and adsorption in the polymer solution. X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), were used to characterize the fabricated semiconductors and curves of current density vs. potential (j-V), photochronoamperometry (j-t) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were used to determine their electrical characteristics. The XRD analyses confirmed the crystalline nature of the oxide materials. SEM micrographs showed the spherical morphology of ZnO and the poorly defined agglomerate morphology of TiO 2. The electrochemical measurements proved that the best cell was produced with P3OT/P3MT copolymer and TiO 2 , owing to its lower charge transfer resistance, with the following photovoltaic parameters: V oc = 0.615 V ± 0.004, j sc = 1.545 mA cm-2 ± 0.240, FF = 0.637 ± 0.003, and η = 0.617% ± 0.117.

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“…Estes valores mais baixos de corrente, quando comparado a outras literaturas, podem ser devido ao uso do eletrólito líquido utilizado, visto que não foram utilizados materiais que garantiram um selamento eficiente do dispositivo. 2,3 Na Figura 10 são apresentadas as curvas jxE para as células estudadas e na Tabela 4 os parâmetros fotovoltaicos.…”

Section: Caracterização Eletroquímicaunclassified

“…Gratzel et al, 1 em 1991, desenvolveram um dispositivo fotovoltaico baseado na junção de eletrodos nanoestruturados de TiO 2 , com fotossensibilizante eficiente em injeção de elétrons, que alcançou um aproveitamento energético de 7,9% sendo que valores de até 13% podem ser encontrados quando se utiliza corantes baseados em porfirina de Zn(II) e eletrólitos líquidos contendo Co(II)/ Co(III). 1,2 O princípio de funcionamento destes dispositivos, demonstrado na Figura 1 é baseado na capacidade que o corante possui em ejetar elétrons para a banda de condução do semicondutor. Quando a luz solar incide o dispositivo (hν), elétrons do corante passam para um nível maior de energia (LUMO) e consequentemente para a banda de condução do semicondutor.…”

Section: Introductionunclassified

Avaliação Da Adsorção E Estudo Eletroquímico De Células Solares Produzidas Com Tio2 E Corante Extraído Do Hibiscus

Tractz¹,

Maia²,

Dias³

et al. 2018

Quim. Nova

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HIBISCUS. Dye-sensitized solar cells using natural dyes have lower cost when compared to rutheniumbased dyes. This paper aims to evaluate, electrochemically, solar cells composed of TiO 2 with dye extracted from the Hibiscus (var. Sabdariffa) and propose an adsorption model capable of predicting the adsorption mechanism of the dye on the semiconductor surface. The characterization techniques used were: Fourier Transform Infrared Spectroscopy, UV-VIS Spectroscopy, Measurement of the Open Circuit Potential, Photocronoamperometry, and Current Density Curves vs. Potential. The infrared spectroscopy confirmed there was adsorption of dye on the TiO 2 surface. The adsorption isotherm with the better value of linear coefficient (R= 0.9874) was the Langmuir isotherm. The electrochemical techniques showed that the best cell prepared from a solution with a concentration of 5.27 mg L -1 of the natural dye, had an E ca = 516 mV, j = 0.15 mA cm -2 and an energy efficiency (η) of 0.15%.Keywords: photovoltaic cells; natural dyes; anthocyanin. INTRODUÇÃOCom o principal objetivo de reduzir custos e expandir o uso de dispositivos fotovoltaicos ao redor do mundo, o desenvolvimento de células solares sensibilizadas por corante (CSSC) vem crescendo muito nas últimas décadas. Gratzel et al., 1 em 1991, desenvolveram um dispositivo fotovoltaico baseado na junção de eletrodos nanoestruturados de TiO 2 , com fotossensibilizante eficiente em injeção de elétrons, que alcançou um aproveitamento energético de 7,9% sendo que valores de até 13% podem ser encontrados quando se utiliza corantes baseados em porfirina de Zn(II) e eletrólitos líquidos contendo Co(II)/ Co(III). O anodo do dispositivo é formado por um material semicondutor nanocristalino, depositado em um substrato condutor e impregnado por um fotossensibilizante. O contra eletrodo, geralmente formado por platina é o responsável por receber os elétrons, fechando o circuito. E por usa vez, o eletrólito, realiza a intermediação de cargas, ou seja, sofre redução, para regenerar o corante e se oxida posteriormente, recebendo os elétrons oriundos da platina. Estas reações, com seus respectivos tempos de vida são apresentados na Tabela 1. 3,4 Os corantes mais utilizados são os complexos metálicos baseados em rutênio, contendo grupos coordenantes, capazes de se adsorverem na superfície do semicondutor. Estes apresentam uma boa absorção no espectro solar, chegando a absorver na região do infravermelho. Apresentam complexas rotas sintéticas e foram devidamente desenvolvidos para aplicação nestes sistemas, o que encarece o custo do mesmo, chegando a valores próximos a U$ 3,000.00 4-6 por grama do

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Solar Cells Sensitized With Natural Dyes: An Introductory Experiment About Solar Energy for Undergraduate Students

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Células solares sensibilizadas por pontos quânticos

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