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

Abstract

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

Study of the Nb2O5 Insertion in ZnO to Dye-sensitized Solar Cells

“…The DRX confirm the production of niobium pentoxide by Pechini method with high crystallinity and free of impurities and the orthorhombic crystalline structure to Nb 2 O 5 , according to PDF 96-210-6535 of ICDD 16,17,18 . In general, the crystallization conditions of each Nb 2 O 5 structure Through analysis of FTIR shown in Figure 2, a band is observed in the region of 832-997 cm -1 that is attributed stretching of the Zn-O band was observed that when Nb 2 O 5 is added that band is shifted and intensified.…”

“…A similar behavior for both diagrams is observed since bands respectively appearing in the 677-906 cm -1 region can be attributed to stretching of Zn-O and Nb-O bonds. Already a band in 1629-1230 and 1378-1507 cm -1 for a mixture of oxide and only ZnO can be attributed assigned to the asymmetric stretching modes of oxygens present in sample 18,19,20,21 . Figure 3 shows the X-ray fluorescence (XRF) spectrum.…”

“…The values of J sc and V oc are obtained by considering the points where the voltage and current are respectively zero in this curve. The current density (J sc ) is related to the absorption of the dye in a semiconductor oxide; already open circuit potential is related to the processes of charge recombination 18 . Table 1 presents the parameters of the solar cells drawn from the J-V curves ( Figure 5) and from Equation 1.…”

“…In Figure 5 was observed that the cell with the addition of Nb 2 O 5 presented the highest values of J sc , this being 3.995 cm -2 . The current produced by the cell is associated with the electron injection mechanism and the charge transport of the carriers 1,18 . The addition of Nb 2 O 5 increased the efficiency values, being the cell containing Nb 2 O 5 , presenting efficiency of e de η = 1.42%, while the cell constituted only by ZnO showed the efficiency of 0.57%.…”

Study of TiO2 Hybrid Solar Cells with Natural Dyes

“…Este resultado de eficiência obtida comprova que para o TiO2, o corante da ameixa atingiu uma série de exigências, como gap adequado, 23 boa ancoragem do corante na superfície do óxido, 8 longo tempo de vida do estado excitado, 23 entre outros fatores, 8 quando comparado aos demais corantes testados, indicando também uma maior concentração de antocianidinas na composição do corante extraído da ameixa. 33 Em geral, células solares produzidas com corantes naturais apresentam eficiência próxima a valores de 0,05%, 34 0,15% 11 e 0,37% 34 raramente chegando a valores maiores que 1%. 11 O método extrativo utilizado e a selagem do dispositivo para as análises fotoeletroquímicas estão relacionados com os parâmetros aqui encontrados, porém não foram avaliados.…”