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Title in Portuguese: Desenvolvimento de células solares fotoeletroquímicas utilizando nanopartículas de TiO2 e nanotubos de titanatos fotosensibilizados pela mesoporfirina
Title: Development of solar cells photoelectrochemical using TiO2 nanoparticles and titanate nanotubes photosensitized by mesoporphyrin
Author: Souza, Antonio Paulo Santos
Advisor(s): Almeida, Ana Fabíola Leite
Co-advisor(s): Freire, Francisco Nivaldo Aguiar
Keywords: Engenharia mecânica
Nanomateriais
Issue Date: 24-Mar-2014
Citation: SOUZA, A. P. S. Desenvolvimento de células solares fotoeletroquímicas utilizando nanopartículas de TiO2 e nanotubos de titanatos fotosensibilizados pela mesoporfirina. 2014. 101 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica)–Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014.
Abstract in Portuguese: Desde o desenvolvimento da primeira célula solar sensibilizada por corante em 1991, este campo de pesquisa vem crescendo consideravelmente. As nanopartículas de TiO2 têm sido o principal semicondutor aplicado neste tipo de célula. Porém com o advento da nanociência e nanotecnologia, novas estruturas semicondutoras com características morfológicas variadas têm sido bastante investigadas para este tipo de aplicação. Nesse trabalho foi obtido nanotubos de titanato de sódio (NTT-Na+) com composição Na2Ti3O7, a partir do TiO2 comercial, pelo método hidrotémico em meio altamente alcalino e nanotubos de titanato protonados (NTT-H+) com composição H2Ti3O7 a partir da lavagem dos Na2Ti3O7 em solução de HCl 0,1 mol/L para realização da troca iônica Na+ por H+. Utilizou-se, tanto os produtos Na2Ti3O7 e H2Ti3O7 quanto o material de partida TiO2 em fotoeletrodos de células solares sensibilizadas por mesoporfirina. Para isso, algumas lâminas de vidro para microscopia receberam a aplicação de filmes finos de SnO2-F por meio da técnica de spray pirólise, adquirindo propriedades condutoras. Após isso, as camadas de TiO2, Na2Ti3O7 e H2Ti3O7 foram depositadas com auxílio de um bastão de vidro sobre os substratos condutores para servirem como suportes durante a aplicação do corante. Após a adsorção do corante pelas camadas as células foram fechadas por meio de um eletrólito com par redox (I3-/3I-) utilizando como contra eletrodos, vidros condutores com camadas contendo carbono em suas superfícies. As diferentes amostras de vidros condutores apresentaram resistências elétricas de 4,66 – 8,66 Ω/□. As camadas de TiO2, Na2Ti3O7 e H2Ti3O7 sobre as lâminas condutores foram analisadas por diversas técnicas de microscopias e apresentaram, entre outras, características porosas com superfícies bastantes irregulares. Por fim, ao expor as três células fotovoltaicas à radiação solar de 1258 W/m2 foram verificados corrente elétrica de 13 µA e tensão de 370 mV para a célula com eletrodo de Na2Ti3O7, corrente de 7,6 µA e tensão de 256 mV para a célula com eletrodo de H2Ti3O7, corrente de 1,1 µA e tensão de 1,6 mV para a célula com eletrodo de TiO2.
Abstract: Since the development of the first dye sensitized solar cell in 1991, this field of research has grown considerably. TiO2 nanoparticles have been the main semiconductor on this kind of cell. With the advance in nanoscience and nanotechnology, new semiconductor structures with various morphological characteristics have been deeply studied for this sort of application. In this work, it was chosen to synthesize sodium titanate nanotubes (NTT-Na+) composed of Na2Ti3O7, by using anatase TiO2 associated with the hidrothermic method in high alkaline mean and titanate protonned nanotubes (NTT-H+) composed of H2Ti3O7 obtained by the washing of Na2Ti3O7 in 0,1mol/L HCl solution to perform the ionic trade, Na+ by H+. Both Na2Ti3O7 and H2Ti3O7 were used, as well as TiO2, on solar cell electrodes sensitized by mesoporfirin. In order to do that, some microscopy glass blades received the application of SnO2-F thin films by the use of the spray pyrolyse technique, acquiring conductive properties. After that, layers of TiO2, Na2Ti3O7 and H2Ti3O7 were deposited by using a glass stick over the conductive substrates, to work as support during the dye application. After the dye is adsorbed, the cells were closed using an electrolyte as redox pair (I3-/3I-) and conductive glass with layers of carbon in its surface, as counter electrode. The different samples of conductive glass showed electric resistance of 4,66 – 8,66 Ω/□. The layers of TiO2, Na2Ti3O7 and H2Ti3O7 over the conductive blades were analyzed through several microscopic techniques and presented, amongst others, porous characteristics with very irregular surfaces. While exposing the three photovoltaic devices to solar radiation of 1258 W/m², the following values of current and tension were verified: 13 μA and 370 mV for the cell with Na2Ti3O7 electrode; 7,6 μA and 256 mV for the cell with H2Ti3O7 electrode; 1,1 μA and 1,6 mV for the cell with TiO2 electrode.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/11052
metadata.dc.type: Dissertação
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