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Title in Portuguese: Fabricação e caracterização de células solares de CdTe/CdS com eletrólito polimérico
Title: Production and characterization of CdTe/CdS solar cells with polymer electrolyte
Author: Moreira, Raquele Lima
Advisor(s): Graça, Manuel Pedro Fernandes
Co-advisor(s): Freire, Francisco Nivaldo Aguiar
Keywords: Engenharia mecânica
Energia solar
Eletrodeposição
Polianilina
Células solares
Geração de energia fotovoltáica
Issue Date: 13-Jul-2017
Citation: MOREIRA, R. L. Fabricação e caracterização de células solares de CdTe/CdS com eletrólito polimérico. 2017. 110 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Abstract in Portuguese: O trabalho em questão objetivou a fabricação e a caracterização de células solares de CdTe/CdS com eletrólito polimérico. O principal componente do eletrólito tratou-se da polianilina, polímero condutor que vem sendo investigado como contra-eletrodo em células solares sensibilizadas por corante. Foram adotadas as técnicas de deposição por banho químico e eletrodeposição pulsada para a obtenção dos filmes de CdS e CdTe, que funcionaram como a janela óptica e a camada absorvedora das células, respectivamente. Ambas as técnicas se mostraram bastante eficientes, produzindo filmes com pouco gasto de material e energia. Os filmes foram depositados sobre substrato de vidro condutor FTO, com resistências na faixa de 9Ω a 11Ω. Os ensaios voltamétricos detectaram a deposição do CdTe em potenciais negativos, com picos de corrente catódica nos potenciais entre - 0.7 V e - 0.3 V e picos de corrente anódica em torno de + 0.75 V. A eletrodeposição, realizada de forma pulsada com reversão periódica de corrente, adotou os potenciais catódico – 0,6 V e anódico + 0,2 V para a formação do CdTe, resultando em filmes com morfologia nodular, estrutura hexagonal, condutividade tipo-p e bang gap de 2 eV. Os filmes de CdS depositados apresentaram pequenas espessuras e boa aderência ao substrato, estrutura cúbica, transmitância óptica na ordem de 55% a 60% de transmitância na região visível do espectro e band gap de 2,35 eV. A polianilina foi obtida em sua forma condutora sal de esmeraldina. Os espectros de FTIR identificaram picos característicos da PANI na fase condutora, indicando uma polimerização bem sucedida. O eletrólito foi fabricado a partir da dispersão da PANI e do perclorato de lítio em quitosana. A partir dos filmes obtidos foram montadas células solares de 1cm2, aproximadamente. Os parâmetros elétricos das células foram determinados pela construção de curvas corrente-tensão. A célula que apresentou os melhores resultados apresentou densidade de corrente de curto circuito de 0,136 mA/cm2, tensão de circuito aberto de 400 mV, potência máxima de 0,021 mW/cm2 e eficiência de 20,2 x 10-3 %, cujos baixos valores foram atribuídos à presença de resistências internas à célula.
Abstract: The current work aimed the fabrication and characterization of CdTe/CdS solar cells with polymeric electrolyte. The main component of the electrolyte was polyaniline, a conductive polymer that has been investigated as a counter electrode in dye-sensitized solar cells. The adopted deposition techniques were chemical bath and pulsed electrodeposition to obtain CdS and CdTe films which worked as the optical window and the cell absorber layer, respectively. Both techniques revealed to be very efficient, producing films with low material and energy expenses. The films were deposited on FTO conductive glass, with resistances between 9Ω and 11Ω. The voltammetric tests detected CdTe deposition in negative potentials, with cathodic current peaks in potentials between - 0.7 V and - 0.3 V and anodic current peaks about + 0.75 V. The pulsed electrodeposition with current periodic reversion adopted the cathodic potential of -0.6 V and the anodic potential of +0.2 V to the CdTe formation, resulting in films with nodular morphology, hexagonal structure, p-type conductivity and 2 eV band gap. The deposited CdS films presented small thickness and good substrate adherence, cubic structure, 55% to 60% optical transmittance in the visible area of the spectrum and 2.35 of band gap. The polyaniline was obtained in its emeraldine salt conductive form. The FTIR identified the PANI conductive phase characteristic peaks, indicating a well succeed polymerization. The electrolyte was fabricated from the PANI and the lithium perchlorate dispersion in chitosan. From the obtained films were assembled solar cells with approximately 1cm2. The cell electrical parameters were determined by the plot of the current-tension curves. The cell which presented the best results had short circuit current density of 0.136 mA/cm2, open circuit tension of 400 mV, maximum power of 0.021 mW/cm2 and efficiency of 20.2 x 10-3 %. These low values were assigned to the presence of cell intern resistances.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/28217
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