Celulas solares de "Gratzel" com eletrolito polimerico

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2001

RESUMO

O objetivo deste trabalho é preparar e caracterizar uma célula fotoeletroquímica de TiO2 sensibilizada por corante, conhecida como célula solar de "Grätzel", com um eletrólito polimérico. Foi utilizado o elastômero poli(epicloridrina-co-óxido de etileno), P(EO-EPI), complexado com LiI e NaI na preparação dos eletrólitos poliméricos. Os eletrólitos foram caracterizados térmica e eletricamente pelas técnicas de DSC/TGA e Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (ElE), respectivamente, em função da concentração do sal, umidade relativa e temperatura. O sistema contendo P(EO-EPI)/ 9 % NaI (m/m) apresentou a maior condutividade iônica, s = 1,5 x 10 Scm ([H2O] <1 ppm, 30 °C) e foi utilizado como eletrólito sólido em uma célula de "Grätzel". O dispositivo sólido apresentou valores de conversão de fótons incidentes em elétrons de 60 % entre 520-530 nm, quando irradiado no sentido substrato-eletrodo e 50 % no sentido eletrólito-eletrodo. A proximidade destes dois valores é um dos fatores que sugere o entumescimento dos poros do filme de TiO2 (4 mm de espessura) pelo eletrólito polimérico. As curvas IV foram ajustadas empiricamente a uma equação de dois diodos. Sob intensidade de 100 mWcm, o dispositivo apresentou potencial de circuito aberto (Voc), corrente de curto-circuito (ISC) e eficiência ( h ), iguais a 0,820 V, 4,2 mAcm e 1,6 %, respectivamente. Quando o dispositivo é irradiado a 10 mWcm, h aumentou para 2,6 %. De acordo com técnica de espectroscopia de absorção transiente na escala de micro a milisegundos, o processo de injeção não é afetado pelo eletrólito polimérico, ocorrendo na escala de pico a fentosegundos, com rendimento de 100 %. Os valores de t1/2 para os processos de regeneração do corante e de recombinação entre os elétrons fotogerados e o corante oxidado foram iguais a 5-50 ms e 2 ms, respectivamente. O processo de regeneração é muito lento se comparado ao dispositivo com eletrólito líquido (t1/2 ~100 ns) e a proximidade da escala de tempo sugere uma competição entre esses dois processos. Isso é causado pela baixa condutividade iônica do eletrólito polimérico, limitando o transporte de massa dentro do filme de TiO2, comprometendo os processos cinéticos e portanto a eficiência da célula. O alto valor para Voc foi atribuído ao forte caráter básico do polímero que interage com os sítios ácidos de TiO2, deslocando a dependência dos processos de recombinação, em relação ao potencial aplicado, para valores mais negativos. O dispositivo sólido apresentou uma boa estabilidade durante os primeiros 75 dias de exposição sob condições de 10 e 100 mWcm, correspondendo a 1800 h de irradiação contínua. Embora o teste de estabilidade ainda seja um estudo preliminar, podemos destacar alguns fatores responsáveis pela diminuição inicial tanto de Isc quanto de Voc como a migração do corante de rutênio para o filme polimérico bem como sua fotodegradação; evaporação da acetona residual utilizada na preparação da solução do eletrólito; baixa concentração de íons iodeto e evaporação de iodo presentes no eletrólito; estabilidade do contra-eletrodo e fotodegradação do copolímero. De acordo com o teste de repetitibilidade, um outro ponto que precisa ser mais bem explorado, e principalmente otimizado, está relacionado à preparação dos filmes de TiO2 nanoporosos. É necessário obter filmes uniformes em relação à estrutura e morfologia, com a finalidade de produzir células solares com maiores eficiências e desempenho reprodutível. Em conclusão, esta tese demonstrou que é possível construir um dispositivo fotoeletroquímico tipo célula de "Grätzel" usando um eletrólito polimérico seco preparado a partir de um produto industrial (P(EO-EPI) foi produzido pela Daiso Co. Ltd. de Osaka, Japão ). A eficiência e a estabilidade desta célula solar permitem antever possibilidades de aplicação prática em médio prazo. Foi protocolado um pedido de depósito de patente no INPI sob o no. 101.013-1 em 16/02/2001.

ASSUNTO(S)

celulas fotoeletricas quimica analitica corantes oxidos metalicos eletroquimica

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