ÁREA: Nanociência e Nanotecnologia
TÍTULO: Células fotovoltaicas eletroquímicas com eletrodos semicondutores sensibilizados por corantes naturais.
AUTORES: CORDEIRO, W.B. (UFC) ; CARVALHO, A.S. (PADETEC) ; JULIÃO, J.F. (PADETEC)
RESUMO: A célula solar com corante fotoexcitável (CSCF) é formada por um sistema, constituído de duas placas de vidro com uma película de SnO2. De um lado o fotoeletrodo recebe uma fina camada de um óxido metálico de larga faixa proibida de energia, TiO2, sobre o qual é adsorvido um corante orgânico que o torna sensível à luz visível. Sobre o outro vidro condutor é depositado um filme de material catalítico e serve como contra-eletrodo, de carvão ativado. O espaço entre os dois eletrodos é preenchido com um eletrólito contendo um par oxi-redutor, tal como o Iodeto/Triiodeto. Os resultados dos filmes de carvão são sempre comparados ao eletrodo de platina. Nos últimos experimentos, observou-se para a pasta de carvão uma performance parecida ao eletrodo de platina.
PALAVRAS CHAVES: fotoeletrodo energia natural
INTRODUÇÃO: A principal diferença entre as células convencionais de silício e este novo tipo de célula solar (CSCF - célula solar com corante fotoexcitável) é com relação ao corante que está separado do mecanismo de transporte dos portadores de carga. Isto permite que as células a corante possam ser confeccionadas com materiais semicondutores de média pureza, obtendo-se um dispositivo de baixo custo. A escolha do Dióxido de Titânio como material semicondutor para preparação dos filmes nanocristalinos se deve ao fato de ser um material quimicamente inerte na presença de ácidos ou bases. Alem disto trata-se de um material de baixo custo, abundante no Brasil, sendo que suas propriedades já foram exaustivamente estudadas(KAVAN, KRATOCHVILOVA and. GRÄTZEL, 1995). Na preparação da solução eletrolítica, tem sido utilizado o Iodo, pelo fato deste ter uma baixa eletronegatividade entre os halogênios, formando o complexo I-/I3- com facilidade e estabilidade em KI e LiI. As antocianinas já estão sendo utilizados na preparação de CSCF, pois são adsorvidas facilmente na superfície dos óxidos metálicos, sob certas condições, e por isso, quando excitadas por fótons de luz de comprimento de onda apropriado, liberam elétrons que são injetados facilmente na banda de condução do óxido metálico, podem ser facilmente obtidas por processos extrativos convencionais, diminuindo ainda mais o custo de produção da célula. O objetivo do trabalho executado é o aperfeiçoamento no processo de fabricação de eletrodos e contra-eletrodos para células fotovoltaicas eletroquímicas a corantes naturais, visando o maior acesso à esta tecnologia, e, à fabricação de células solares que podem ser usadas como janelas de prédios e residências ou tetos solares de automóveis capazes de absorver e converter a energia solar.
MATERIAL E MÉTODOS: Emulsão de TiO2: usamos o TiO2 Degussa P-25. A emulsão de TiO2 é preparada com 1g de TiO2 misturados com 10mL de etanol, colocados em um Erlenmeyer de 25 mL. Para aumentar a adesão da emulsão sobre o substrato, foram adicionadas 0,15mL de Triton-X-100, e em seguida a emulsão foi colocada sob agitação durante 5 minutos, após no ultrassom durante 1h, a agitação e o banho ultrassônico são feitos três vezes antes da utilização da pasta. A deposição do filme ocorre por espalhamento, onde a emulsão de TiO2 é cuidadosamente espalhada sobre o substrato condutor, com o auxilio de um bastão de vidro, comum, acoplado a um sistema de acionamento mecânico. Os filmes compostos por duas camadas, são sinterizados à 450ºC por 30 minutos.
Emulsão de carvão: 1g de carvão ativado é macerado em um almofariz de vidro, logo após, o pó de carvão macerado é colocado em um Erlenmeyer de 25 mL e é acrescentado 7,5 mL de etanol, 0,3g de Polietilenoglicol(PEG) e 0,15 mL de Triton X-100. A seguir o Erlenmeyer com os componentes químicos é levado a um agitador por 5 minutos e em banho ultrassônico durante 1 hora, sendo este processo repetido três vezes. Os filmes de carvão, também, são produzidos pelo processo de espalhamento, com duas camadas e, sinterizados a 350ºC por 30 minutos.
A célula é composta por, um filme de TiO2 que tenha ficado adsorvido no corante (obtido através de extratos de minilacre em solução alcoólica) durante 2 horas, sendo este o fotoeletrodo, o contra-eletrodo é o filme de carvão ativado e o espaço entre os dois eletrodos é preenchido com um eletrólito contendo um par oxi-redutor, tal como o Iodeto/Triiodeto (I-/I3-).
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A pasta de TiO2 utilizada nos fornece fotoeletrodos com bom resultados e boa aderência, o que dificilmente é obtido nos contra-eletrodos de carvão ativado preparados com pó de TiO2, tendo estes, baixos rendimentos. Nos últimos experimentos, resolveu-se tirar o TiO2 do processo de preparação da pasta de carvão ativado, substituindo-o por polietilenoglicol, os resultados obtidos foram parecidos à performance do contra-eletrodo de platina.
CONCLUSÕES: A partir do trabalho realizado, pôde-se resolver alguns problemas adquiridos até então, dentre eles a má performance eletroquímica, entre outros, como falta de reprodutibilidade e homogeneidade no processo de fabricação de eletrodos e contra-eletrodos para células fotovoltaicas eletroquímica a corantes naturais.
Conclui-se que o projeto realizado foi determinante para o estabelecimento da solução mais adequada à produção das células fotovoltaicas eletroquímicas.
AGRADECIMENTOS: ao PADETEC, financiamento IEL-Bitec-CNPq, aos meus pais e Deus.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: JULIÃO et al. (2007).
O’REAGAN e GRATZEL (1991).
(GARCIA et al. 2003; NOGUEIRA e De PAOLI, 2001)
(GRATZEL, 2001).
(KAVAN, KRATOCHVILOVA and. GRÄTZEL, 1995).
