Células fotovoltaicas de Grätzel usando cossensibilização de pontos quânticos de CdS-CdSe

Abstract

A procura incessante por energia tem aumentando nas últimas décadas, o que tem levado a uma busca mais intensiva por fontes de energia renováveis (FER) e sustentáveis. Deste modo, as células solares, que através do efeito fotovoltaico convertem a energia proveniente do sol em energia elétrica, tem ganho especial atenção. Dentro dos vários tipos de células solares, encontram-se as células solares sensibilizadas por corante (DSSC), bem como as células solares por pontos quânticos (QDSSC) que têm ganho interesse de estudiosos da área por apresentarem uma possibilidade de geração de energia elétrica a baixo custo. O estudo de pontos quânticos semicondutores é considerado como uma área emergente em aproveitamento de energia fotovoltaica e novas arquiteturas de dispositivos foram desenvolvidas para a realização de células solares com base em pontos quânticos. As nanopartículas semicondutoras oferecem uma série de vantagens sobre os corantes convencionais, tais como a do hiato energético e baixo custos. Entre os compostos mais utilizados estão os semicondutores CdS e CdSe. Nesta tese está descrito de forma minuciosa os métodos aplicados na construção e caracterização das células de grätzel que são constituídas por um elétrodo, um sensibilizador, um eletrólito e um contra elétrodo. Para a constituição ideal de uma célula solar consiste na deposição de diferentes camadas, em relação ao elétrodo apresenta uma camada de ATO (óxido de estanho dopado com antimónio), uma camada de bloqueio e por fim o revestimento TIO,. O sensibilizador a utilizar diferenciava-se, pois para as QDSSC utilizou-se os pontos quânticos de CdS/CdSe e já para DSSC depositou-se corantes naturais, com os eletrólitos de polissulfeto e lodeto/triodeto respetivamente. Os contra elétrodos mais eficazes foram de platina, latão e o CuSnS3. Este estudo foi baseado na otimização da eficiência destes dispositivos solares, onde verificamos a influência de vários fatores na eficiência destas células, para sua avaliação e análise foi utilizado curvas tensão corrente e o método de Van der Pauw.

The incessant demand for power has increased in recent decades, which has Ied to a more intensive search for renewable and sustainable energy sources. In this way, the solar cells, which through the photovoltaic effect convert the energy from the sun to electric energy, has gained special attention. Among the various types of solar cells, there are the dye-sensitized solar cells (DSSC) as well the quantum dots solar cells (QDSSC) that have gained interest among scientist because generate power at low cost. The study of quantum dots semiconductors is considered as an emerging area in the use of photovoltaic energy and in the new device architectures that were developed for the solar cells based on quantum dots. The semiconductors nanoparticles offer a number of advantages over conventional colorants such as gap energy and 10w costs. Among the most used compounds are the CdS and CdSe semiconductors. This thesis describes in detail the methods applied in the construction and characterization of grätzel cells that consist of an electrode, a sensitizer, an electrolyte and a counter electrode. A solar cell consists of the deposition of different layers. The electrode has a layer of ATO (tin oxide doped with antimony), a blocking layer and finally the TIO, coating. The sensitizers used for the QDSSC were the quantum dots of CdS / CdSe while for DSSC were deposited natural dyes with the polysulfide and iodide / triiodide electrolytes respectively. The most effective counter electrodes were platinum, brass and CuSnS3. This study was based on the optimization of the efficiency of these solar devices, where we verified the influence of several factors on the efficiency of these cells, for their evaluation and analysis we used current voltage curves and Van der Pauw method.