Uso de diferentes óxidos na produção de células fotovoltaicas: alternativa para produção de energia
Uso de diferentes óxidos na produção de células fotovoltaicas: alternativa
para produção de energia
Guilherme Ohse, Josué Tai, Fabio Soldera, Vitor Mazará
Professor: Allan Moreira Xavier, PROGRAD
Campus Santo André
Resumo
Foram construídas três diferentes células fotovoltaicas, utilizando como semicondutores óxidos de titânio, de ferro e de zinco, pela técnica de drop-coating;
todas sensibilizadas pelo mesmo corante natural (beterraba). As células foram
comparadas em relação ao potencial produzido no escuro e quando expostas à luz
solar.
INTRODUÇÃO
A célula de Grätzel é uma célula
fotovoltaica constituída por moléculas de
um corante (sintéticos, como compostos de
rutênio, ou naturais, como antocianinas
presentes em frutas ou tubérculos escuros),
um semicondutor nano-cristalino, um
eletrólito (iodo/iodeto), dois eletrodos (de
vidro transparente condutor e carbono). [1]
O funcionamento da célula de Grätzel pode
ser descrito como segue: o corante recebe
energia da luz solar, excitando-o. O elétron
excitado do corante é injetado nas
partículas
do
semicondutor
nanoestruturado, já que estão em íntimo contato.
Tal elétron percorre o sistema, partindo do
eletrodo em que estão presentes o
semicondutor sensibilizado por corante ao
outro eletrodo, de carbono. Neste eletrodo o
elétron
participa
de
uma
reação
eletroquímica que reduz o íon triiodeto,
produzindo íons iodetos que restabelecem o
estado de oxidação original do corante.
[2,3]
As equações que descrevem o processo de
funcionamento da cela fotovoltaica estão
representadas abaixo:
(l) corante + luz (energia solar) → corante*
(ll) corante* + oxido → e-(óxido) + corante oxidado
(III) corante oxidado + 3/2 I- → corante(neutro) +
3/2 I-3
(IV) 3/2 I-3 + e-(eletrodo) → 3/2 I-
OBJETIVO
Comparar a eficiência dos diferentes tipos
de óxidos metálicos nano-estruturados
(óxido de titânio – TiO 2 -, óxido de zinco –
ZnO – e óxido de ferro Fe2O3) em células
fotovoltaicas sensibilizadas por corante
natural de beterraba.
METODOLOGIA
IX Simpósio de Bases Experimentais das Ciências Naturais da Universidade Federal do ABC - 12 e 13 de agosto de 2011
Uso de diferentes óxidos na produção de células fotovoltaicas: alternativa para produção de energia
A célula foi produzida em 3 etapas, sendo
elas: (I) preparação dos eletrodos negativo
e positivo, (II) sensibilização do eletrodo
negativo com o corante natural e (III) a
montagem da célula.
Para a preparação do eletrodo negativo,
aplicou-se o óxido metálico na parte
condutora de um substrato de vidro
condutor FTO (óxido de estanho dopado
com flúor), cuja área de aplicação estava
previamente delimitada por fita Scotch 3M.
Após aplicação e distribuição homogênea
das partículas na superfície do FTO os
filmes foram deixados sobre placa de
aquecimento a temperatura de aprox. 200º
C, para evaporação do solvente de
suspensão. Após resfriamento, a limpeza
do substrato e retirada da fita de
delimitação da área foram realizadas. O
eletrodo foi deixado em contato com face
exposta da beterraba, para incorporação de
corante.
O eletrodo positivo foi preparado apenas
cobrindo a parte condutora do substrato de
FTO com uma camada de carbono,
produzida aproximando esta região do
eletrodo da fuligem da queima de uma vela
de parafina.
Para montagem da célula fotovoltaica, os
dois eletrodos foram presos por clipes de
papel e, entre eles, foram adicionadas 2
gotas da solução do eletrólito iodo/iodeto.
esquerda para a direita: óxido de zinco,
óxido de ferro e óxido de titânio.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
[2]
A técnica de drop-coating para preparação
dos eletrodos com semicondutores de
óxidos metálicos sobre FTO foi eficiente
para
os
óxidos de
titânio e de
ferro,
como
podemos
observar
na figura 1:
As medidas de potencial das células
fotovoltaicas estão apresentadas na tabela
abaixo:
Tabela 1. Medidas de potencial das
células fotovoltaicas produzidas com
diferentes semicondutores.
Semicondutor
Potencial (mV)
TiO2
ZnO
Fe2O3
210
48
73
CONCLUSÕES
A partir dos resultados de potencial da cela
e das imagens do filme pode-se concluir
que o melhor material semicondutor, é o
Fe2O3, que pode ser utilizado substituindo o
óxido de titânio, já que sua síntese é mais
barata e a eficiência da cela é razoável.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
B. O'Regan, M. Grätzel, Nature 353, 737739 (1991).
[1]
A. Kay, M. Grätzel, J. Phys. Chem. 97,
6272 (1993).
G.P. Smestad, M. Grätzel, J. Chem.
Educ. 75, 752 (1998).
[3]
AGRADECIMENTOS
Agradecemos à aluna Nathalie Minako Ito
pela colaboração e apoio na realização
experimental do projeto, assim como ao
grupo GMMAv, pela disponibilização de
materiais e espaço.
Figura 1. Fotografias dos eletrodos
preparados pela técnica de drop-coating, da
IX Simpósio de Bases Experimentais das Ciências Naturais da Universidade Federal do ABC - 12 e 13 de agosto de 2011