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Title in Portuguese: Preparação e caracterização de células solares de Perovskita CH3NH3PbI3 a partir do Pb reciclado de baterias automotivas de chumbo-ácido
Title: Preparation and characterization of Perovskite solar cells CH3NH3PbI3 from recycled Pb of lead-acid automotive batteries
Author: Silva, Paulo Victor Soares e
Advisor(s): Almeida, Ana Fabíola Leite
Co-advisor(s): Graça, Manuel Pedro Fernandes
Keywords: Engenharia mecânica
Perovskita
Chumbo
Célula Solar
Solar cell
Perovskite
Lead
Issue Date: 30-Nov-2017
Citation: SILVA, P. V. S. e. Preparação e caracterização de células solares de Perovskita CH3NH3PbI3 a partir do Pb reciclado de baterias automotivas de chumbo-ácido. 2017. 63 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Abstract in Portuguese: Os materiais cerâmicos a base de perovskita são a muito tempo alvo de pesquisas no meio científico devido as suas notáveis propriedades elétricas e ópticas. Recentemente tais materiais passaram a ganhar ainda mais atenção devido a descoberta de sua capacidade de atuar como substituto do eletrólito nas células solares sensibilizadas por corante (DSSC – Dye sensitized solar cell). Desde então a perovskita se tornou uma das protagonistas na busca por células solares de alta eficiência e de custo mais baixo do que as baseadas em silício. Dentre os compostos estudados nessa categoria de material destaca-se Iodeto de Chumbo Metilamino (CH3NH3PbI). O Pb tem sua principal utilização na indústria de baterias automotivas que, apesar da legislação, não faz a reciclagem de todo material usado durante o processo de fabricação. Tal fato leva à um acumulo potencialmente muito danoso ao meio ambiente devido à toxicidade do metal. Isto somado ao fato da iminente entrada no mercado das baterias automotivas de íons de Lítio induz à um cenário de grandes quantidades de Pb sem utilização nos próximos anos. Sensível a essa questão, o trabalho aqui apresentado tem como objetivo a obtenção e caracterização de perovskita baseadas em CH3NH3PbI, a partir do Pb recuperado de baterias automotivas descartadas. O metal contido nos eletrodos da bateria (na forma de PbO2 e Pb metálico) é extraído e submetido à uma sequência de processos químicos e térmicos a fim de se obter o precursor PbI2. A seguir este é depositado por spin-coating em substratos de vidro já recobertos com FTO seguido da reação com a solução orgânica de CH3NH3I originando o composto cerâmico. O PbI2 sintetizado apresentou um padrão de difração de raios-x em concordância com o que o espectro padrão. O material cerâmico obtido se mostrou com comportamento ótico bem característico, com um espectro de absorção UV-Vis bem definido, com larga faixa de absorção. O bandgap, calculado pelo método tauc foi de 1.46 eV, estando de acordo com o encontrado na literatura. No entanto, porosidade do material mostrada pelo MEV se mostrou diferente do que é de acordo com o que é encontrado na literatura.
Abstract: Perovskite-based ceramic materials have long been the target of scientific research because of their remarkable electrical and optical properties. Recently such materials have gained even more attention because of the discovery of their ability to act as a substitute for the electrolyte in dye sensitized solar cells (DSS). Since then, perovskite has become one of the protagonists in the search for solar cells of high efficiency and of lower cost than those based on silicon. Among the compounds studied in this category of material stands out Methylammonium lead halide (CH3NH3PbI)which presents a promising photovoltaic performance and low production cost. Pb has its main use in the automotive battery industry which, despite legislation, does not recycle any material used during the manufacturing process. This leads to a potentially damaging to the environment accumulation due to metal toxicity. This, coupled with the imminent market entry of lithium-ion automotive batteries, leads to a scenario of large quantities of unused Pb in the coming years. Sensitive to this issue, the work presented here aims to obtain and analyze CH3NH3PbI perovskite, from Pb recovered from discarded automotive batteries for further use in perovskite solar celss. The metal contained in the electrodes of the battery (in the form of PbO2 and metallic Pb) is extracted and subjected to a sequence of chemical and thermal processes in order to become the precursor PbI2. This is then deposited by spin-coating on glass substrates already coated with fluorine-doped tin oxide and titanium dioxide followed by reaction with the CH3NH3I organic solution to give the title compound. The synthesized PbI2 had an X-ray diffraction pattern in agreement with the standard spectrum. The obtained ceramic material showed a very characteristic optical behavior, with a well-defined UV-Vis absorption spectrum, with a wide range of absorption. The bandgap, calculated by the tauc method, was 1.46 eV, being in agreement with the literature. However, porosity of the material shown by SEM was different from that which is in agreement with what is found in the literature.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/40032
metadata.dc.type: Dissertação
Appears in Collections:DEME - Dissertações defendidas na UFC

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