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Title in Portuguese: Produção e caracterização de células solares fotossensibilizadas por corante baseadas em filmes finos de titanatos e óxidos metálicos nanoestruturados
Title: Production and characterization of dye photosensitized solar cells based on thin films of nanostructured titanates and metal oxides
Author: Souza, Antonio Paulo Santos
Advisor(s): Freire, Francisco Nivaldo Aguiar
Keywords: Ciência dos materiais
Filmes finos
Eletroforese
Células solares
Titanates
Thin films
Electrophoresis
Sensitized solar cell
Issue Date: 25-Jun-2019
Citation: SOUZA, A. P. S. Produção e caracterização de células solares fotossensibilizadas por corante baseadas em filmes finos de titanatos e óxidos metálicos nanoestruturados. 2019. 120 f. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência de Materiais)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019.
Abstract in Portuguese: As nanopartículas de TiO 2 têm sido o principal semicondutor aplicado nas células solares sensibilizadas por corantes (CSSCs). Porém com o avanço das pesquisas em nanotecnologia, novos semicondutores com características morfológicas variadas têm sido amplamente estudados. Nesta tese de doutorado, nanotubos (NaTiNT) e nanofitas de titanato foram obtidos pelo método hidrotérmico alcalino a partir do TiO 2 anatase. Estes materiais foram depositados por eletroforese em substrato condutor e, com e sem tratamento térmico, sensibilizados por corante à base de rutênio e utilizados como eletrodo de trabalho de células solares. Expondo esses dispositivos fotovoltaicos à radiação visível, com os filmes sem tratamento térmico observou-se uma densidade de corrente de curto-circuito (J SC ) de 0,0012 mA/cm 2 para a célula com NaTiNT, uma densidade de corrente de 0,0398 mA / cm 2 para a célula com nanofitas, e uma densidade de corrente de 0,4028 mA/cm 2 para a célula com TiO 2 como eletrodo. Após o tratamento térmico, foi observada uma densidade de corrente de curto-circuito de 0,4269 mA / cm 2 para a célula com NaTiNT, uma densidade de corrente de 0,0765 mA / cm 2 para a célula com nanofitas e, finalmente, uma densidade de corrente de 0,3310 mA /cm 2 para a célula com TiO 2 como eletrodo. Além disso, filmes finos de óxido de estanho (SnO 2 ) foram sintetizados pela técnica de eletroforese e, também, aplicados como eletrodos de trabalho em células solares sensibilizadas por corantes. Nesta etapa, cinco amostras de filmes foram obtidas por diferentes tempos de deposição, tratadas termicamente e caracterizadas por técnicas estruturais e ópticas, enquanto as células foram testadas por medidas de corrente por tensão, impedância eletroquímica e eficiência quântica. A maior eficiência obtida foi de 3,89% usando filme fino de SnO 2 sem nenhum pós-tratamento químico. As novas características morfológicas, estruturais e ópticas dessas nanopartículas podem contribuir para o desenvolvimento e pesquisa de dispositivos fotovoltaicos de nova geração.
Abstract: Nanoparticles of TiO 2 have been the main semiconductor applied in dye-sensitized solar cells. However, with the progress made in the nanotechnology field, new semiconductors with varied morphologic characteristics are been broadly investigated. In this thesis work titanate nanotubes (NaTiNT) and nanoribbons, were obtained by the hydrothermal method from TiO 2 anatase. These materials were deposited on conductive substrate by electrophoresis, with and without thermal treatment, sensitized by ruthenium-based dye and used as work electrode. Exposing those photovoltaic devices to visible radiation, with films before thermal treatment, a short-circuit current density (J SC ) of 0.0012 mA/cm 2 was observed for the cell with NaTiNT, a current density of 0.0398 mA/cm 2 for the cell with Nanoribbons, and a current density of 0.4028 mA/cm 2 for the cell with TiO 2 as electrode. After thermal treatment, a short-circuit current density of 0.4269 mA/cm 2 was observed for the cell with NaTiNT, a current density of 0.0765 mA/cm 2 for the Nanoribbons cell, and, finally, a current density of 0.3310 mA/cm 2 for the cell with TiO 2 as electrode. Moreover, thin films of tin oxide were synthesized by technique of electrophoresis and applied as working electrodes in dye sensitized solar cells (DSSCs). In this stage, five samples of films were obtained by different time of deposition, heat treated and characterized by structural and optical techniques while the cells were tested by current vs. voltage, electrochemical impedance and quantum eficiency measurements. The highest efficiency obtained was 3.89% using a SnO 2 thin film without any chemical post-treatment. The new morphological, structural and optical characteristics of these nanoparticles may contribute for the development and research of new generation photovoltaic devices.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/45403
metadata.dc.type: Tese
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