ÁREA: Físico-Química

TÍTULO: DESENVOLVIMENTO DE CÉLULAS SOLARES USANDO FILMES DE TIO2–CORANTE NATURAL

AUTORES: Pereira de Oliveira e Silva, G. (UFAL) ; Moura Galvão Soares, W. (UFAL) ; Clemente da Silva Filho, J.M. (UFAL) ; dos Santos, A.J. (UFAL) ; Dias Vermelho, M.V. (UFAL) ; Tonholo, J. (UFAL) ; Santos Ribeiro, A. (UFAL)

RESUMO: Os corantes naturais têm sido objeto de investigação para aplicação em células solares devido, principalmente, a sua facilidade de extração e seu baixo custo. Uma das principais características ópticas dos corantes estudados neste trabalho é sua intensa absorção na região Ultravioleta-Visível do espectro eletromagnético. O objetivo deste trabalho é investigar a possibilidade de utilização de novos corantes naturais na preparação de células solares de TiO2 sensibilizadas com corante. Os corantes naturais escolhidos neste trabalho foram analisados em função da sua resposta na região Ultravioleta-Visível e a eficiência de cada célula solar construída foi avaliada.

PALAVRAS CHAVES: Corantes Naturais; Células Solares; Nanopartículas de TiO2

INTRODUÇÃO: Células solares sensibilizadas com corantes, conhecidas como “células de Grätzel”, têm recebido grande atenção devido à relação custo-benefício quando comparadas com as células convencionais de silício, apresentando eficiência de conversão de até aproximadamente 10%. Os corantes que apresentam melhores resultados em termos de conversão e longa estabilidade são aqueles contendo complexos polipiridínicos de rutênio, entretanto, estes são tóxicos e de alto custo. Uma alternativa para a substituição destes corantes é a utilização de corantes naturais que possuem pigmentos fotossensibilizadores, que absorvem energia na região ultravioleta e visível. (Nogueira, 2001) Este trabalho visa a investigação de novos corantes naturais que possuam pigmentos fotossensibilizadores e a análise de seu comportamento na região ultravioleta-visível, além do cálculo do rendimento das células solares construídas usando tais corantes. Neste trabalho foram analisados os corantes naturais denominados como X e Y.

MATERIAL E MÉTODOS: O material orgânico foi imerso em água destilada (5% m/m) e aquecido entre 85- 95°C durante 30-40 min. Os espectros destes corantes foram analisados na região Ultravioleta (UV)/visível (200-800 nm) em espectrofotômetro SHIMADZU MultiSpec-1501, utilizando cubeta de vidro óptico. Os espectros dos extratos dos corantes foram registrados em tampão pH 7. A célula solar foi montada com a configuração ITO/TiO2 nanoparticulado/corante/eletrólito polimérico/platina/ITO. O filme de TiO2 foi preparado a partir de uma solução com TiO2, Polietilenoglicol (PEG), acetilacetona e Triton-X100 em água destilada. A mistura foi mantida sob agitação e a solução foi depositada sobre o eletrodo de ITO. Após secagem o filme foi sinterizado a 400 °C. Em seguida o filme foi imerso na solução de corante e permaneceu nesta por 18 h. O eletrólito polimérico foi preparado a partir da mistura de um elastômero dissolvido em tetraidrofurano (THF) e etanol na qual foram adicionados iodeto de sódio (NaI) e iodo ressublimado (I2) e mantida sob agitação por 24 h. O filme de Platina foi depositado sobre o eletrodo de ITO utilizando a técnica de Sputtering, gentilmente cedido pelo Prof. Dr. Angelo Golbi, Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS). O eletrólito polimérico foi depositado sobre o eletrodo TiO2/Corante e sobre o contra eletrodo de Platina. Após 1 h o eletrodo foi unido ao contra eletrodo com o auxílio de uma prensa. A caracterização das células foi efetuada em potenciostato/galvanostato Eco Chemie Autolab com o auxílio de uma lâmpada como simulador solar. A eficiência da célula foi calculada segundo a equação η=(Pmax/Irradiância.Área).100%, onde a potência máxima, Pmax, é alcançada quando a resistência externa se iguala a resistência interna da célula solar, e a irradiância igual a 100 mWcm-2.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Ambos os extratos investigados (X e Y) absorvem na região visível, entre 400 e 800 nm, e, portanto, podem ser utilizados na montagem de células solares de TiO2/corante, Figura 1. A célula solar montada usando o corante Y apresentou uma eficiência de 0,024% e a célula solar baseada no corante X apresentou eficiência de 0,025%, Figura 2. Os corantes X e Y apresentaram eficiências da mesma ordem de grandeza e ambos podem ser utilizados. Os métodos de montagem e caracterização das células estão sendo otimizado, desta forma, a eficiência destas células solares poderá chegar a valores próximos àqueles já relatados na literatura com a utilização de corantes naturais (Lima et al, 2009).

Figura 1

Espectros de absorção dos extratos X e Y

Figura 2

Caracterização fotoeletroquímica das células solares

CONCLUSÕES: Os corantes naturais à base de extratos orgânicos apresentaram absorção na região visível e permitiram a construção de células solares baseadas em TiO2 sensibilizados em tais corantes. Apesar das eficiências relativamente baixas quando comparadas a outras células baseadas em corantes naturais descritas na literatura, a metodologia de montagem e caracterização está sendo otimizada e espera-se alcançar maior eficiência, da ordem de 1 %.

AGRADECIMENTOS:

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: Nogueira, A. F. 2001. Células Solares de "Grätzel" com Eletrólito Polimérico. 14-171.
Lima, I. V. M.; Carvalho, P. C. M. e Cavalcante, F. S. A. 2009. Estado da arte das células solares sensibilizadas a corante. The 8th Latin-American Congress on Electricity Generation and Transmission. 4-5.