ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: EXTRATO BRUTO DO FRUTO DE PLANTA ORNAMENTAL COMO FOTOSENSIBILIZADOR EM “DYE CELLS”
AUTORES: FEITOSA, A. V. (PADETEC) ; BARROS, A. A. DA SILVA (PADETEC) ; SANTANA, J. A. A. (PADETEC) ; JULIÃO, J. F. (UFC) ; CARVALHO, A. S. (PADETEC) ; BECKER, H. (UFC) ; LIMA, I.V.M. (UFC)
RESUMO: Células fotovoltaicas sensibilizadas a corante (CFSC), conhecidas como “dye-cell” são constituídas por um fotoeletrodo de TiO2, um contra-eletrodo (platina ou carvão ativado), um eletrólito (em geral iodo/tri-iodeto) e um corante fotoexcitável. Foi feito um extrato etanólico da casca do fruto de uma planta ornamental que apresentou dois picos proeminentes de absorção ótica em 370 e 544nm. Quando esse mesmo corante foi adsorvido no filme de TiO2 por 1h e 4h, esses picos sofreram deslocamentos e enlarguecimentos. Foram montadas duas células, com essas duas amostras, e medidos a corrente de curto-circuito e da tensão de circuito aberto. O fenômeno de enlarguecimento dos picos de absorção ótica provocou uma melhoria na performance da célula.
PALAVRAS CHAVES: dye-cell; corantes fotoexcitáveis; tio2
INTRODUÇÃO: O estudo de células fotovoltaicas sensibilizadas a corante (CFSC), conhecidas como “dye-cell”, tem recebido grande atenção nos últimos anos (O’REGAN and GRÄTZEL, 1991) devido ao fato de que tais células apresentam grande potencialidade de alcançar alta eficiência de conversão solar comparável às células de silício amorfo, porém a um custo bem menor. A CFSC é constituída por um fotoeletrodo formado por um filme nanoporoso de material semicondutor de alto “gap”, em geral o n-TiO2 (aproximadamente 3,0eV), um contra-eletrodo de material catalítico (platina ou carvão ativado), um eletrólito com um par oxi-redutor ( em geral iodo/tri-iodeto) e um corante fotoexcitável, que pode ser natural (GARCIA et al., 2003; WONGCHAREEE et. al., 2001; HAO et al., 2006) ou artificial (NAZEERUDDIN et al., 1993; SMESTAD and GRATZEL, 1998). Como o desempenho da célula depende, principalmente, do corante usado como fotossensibilizador, o espectro de absorção do corante puro e deste adsorvido na superfície do TiO2 é um parâmetro de crucial importância para a eficiência da célula (GRATZEL, 2003).
Neste trabalho CFSC foram preparadas, usando o corante natural, obtido da casca do fruto de uma planta ornamental (PO) como fotossensibilizador. Curvas de absorbância do corante puro e deste após adsorvido sobre a superfície do TiO2 foram obtidas, sendo apresentadas e discutidas. A performance da célula em função do tempo de adsorção do corante sobre o TiO2 foi medida, sendo também apresentada e discutida.
MATERIAL E MÉTODOS: Os filmes de TiO2 foram preparados pela técnica doctor blade (espalhamento com bastão de vidro) utilizando uma solução dispersante alcoólica do pó de TiO2 (DEGUSSA P 25). A solução foi homogeneizada em ultrassom por 40 min. Em seguida a suspensão foi espalhada em duas camadas sobre um substrato de vidro condutor (FTO da FLEXITEC) previamente limpo. Posteriormente o filme foi aquecido a 400° C por 1 h.
O corante natural foi preparado macerando-se a casca do fruto de uma planta ornamental (PO) e adicionando-se álcool etílico, na proporção de 1g/4ml. Após 24 h a solução foi filtrada a vácuo. Dessa solução foi retirada uma pequena quantidade para a análise de absorção ótica num espectrofotômetro marca CARRY, UV-VIS. A seguir foram preparados dois eletrodos de filme nanoporoso de TiO2, os quais foram imersos no corante natural por 1h e 4h, em ambiente escuro para que o corante fosse adsorvido nos mesmos. Após a adsorção do corante, os eletrodos foram lavados com água destilada e etanol, sequencialmente. A seguir foram levantados os espectros de absorção ótica da solução etanólica do corante e das amostras de TiO2, impregnados com o corante natural. Foram montadas duas células, com fotoeletrodos constituídos pelos filmes de TiO2.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O espectro de absorbância para o extrato etanólico do corante natural resultou em quatro picos de absorbância, sendo que os mais proeminentes estavam em torno de 370 nm e 544 nm (Fig. 1, curva A). Para o corante adsorvido no eletrodo de TiO2 por uma hora o espectro de absorção ótica (Fig. 1, curva B) revelou apenas dois picos, sendo um deles em torno de 400nm e o outro em torno de 550nm. Ambos os picos se mostraram mais largos e de intensidades mais próximas uma da outra do que aqueles do corante em solução e com um deslocamento em direção a comprimentos de ondas mais altos. A amostra com tempo de adsorção de quatro horas, apresentou um largo patamar de absorção, entre 400 e 550nm (Fig. 1, curva C), mostrando, por conseguinte, que as intensidades e localizações dos picos de absorção ótica variaram em função do tempo de adsorção do corante.
Na Fig. 2 são apresentadas as curvas I-V (corrente-tensão) para duas células montadas em laboratório, usando as mesmas amostras de filmes de TiO2, sensibilizadas com o corante PO, acima mencionadas. O eletrólito da célula foi uma solução, contendo o par oxi-redutor iodo/tri-iodeto. Como se pode observar das curvas em análise, a célula montada com o fotoeletrodo que teve o corante adsorvido por 4h (curva A2) apresentou uma melhor performance do que a célula, cujo fotoeletrodo teve o corante adsorvido por 1h (curva A1). Este resultado guarda coerência com os resultados das curvas de absorção ótica (Fig. 1). Os valores medidos da corrente de curto-circuito (Icc) e da tensão de circuito aberto (Voc) para as amostras A e B foram, respectivamente: (55,00 microampère, 412,55 mV) e ( 70,59 microampère, 484,85 mV).
CONCLUSÕES: O corante PO, em solução etanólica, apresentou dois picos proeminentes de absorção ótica no espectro visível (370 e 544nm). Quando esse mesmo corante foi adsorvido no filme nanoporoso de TiO2 esses picos sofreram um deslocamento em direção a comprimentos de onda mais altos, enquanto suas larguras aumentaram, para o tempo de absorção do corante de 4h esses picos ficarem sobrepostos. O fenômeno de enlarguecimento dos picos de absorção ótica provocou, como era de se esperar, uma melhoria na performance da célula.
AGRADECIMENTOS: Ao CNPq e à FINEP, respectivamente, pelos apoios financeiros.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: GARCIA, C. G.; POLO, A. S.; IHA, N.Y.M. 2003. Photoeletrochemical solar cell using extract of Eugenia jambolana Lam as a Natural sensitizer. An Acad Bras Cienc , 75: 163-165.
GRATZEL, M. 2003. Dye-sensitized solar cells. Journal of Photochemistry and Photobiology C-Photochemistry, reviews 4: 145-153.
HAO, S.; WU, J.; HUANG, Y.; LIN, J. 2006. Natural dyes as photosensitizers for dye-sensitized solar cell. Solar Energy, 80: 209-214.
NAZEERUDDIN, M. K.; KAY, A.; RODICIO, I. 1993. Conversion of light to electricity by cis-X2bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate)ruthenium(II) charge-transfer sensitizers (X = CL-, BR-, I-, CN-, and SCN-) on nanocrystalline TIO2 electrodes. Journal of the American Chemical Society, 115: 6382-6390
O’REGAN, B., GRATZEL, M. 1991. A low-cost, high-efficiency solar-cell based on dye-sensitized colloidal TIO2 films. Nature, 353: 737-740.
SMESTAD, G.P.; GRATZEL, M. 1998. Demonstrating electron transfer and nanotechnology: A natural dye-sensitised nanocrystalline energy converter. Journal of Chemical Education, 75: 752-756.
WONGCHAREEE, K.; MEEYOO, V.; CHAVADEJ, S. 2004. Dye – sensitized solar cell using natural dyes extracted from rosella and blue pea flowers. Solar Energy Materials e Solar Cells, 91: 566-751.
