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https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/11366| ???metadata.dc.type???: | Tese |
| Title: | Estudo de eletrólito polimérico de base natural para aplicação em células solares do tipo CSSC e QDSSC |
| Other Titles: | Study of natural-based polymer electrolyte for application in CSSC and QDSSC solar cells |
| ???metadata.dc.creator???: | Pontes, Fagnaldo Braga ![]() |
| ???metadata.dc.contributor.advisor1???: | Passos, Raimundo Ribeiro |
| First advisor-co: | Raphael, Ellen |
| ???metadata.dc.contributor.referee1???: | Braga, Neila de Almeida |
| ???metadata.dc.contributor.referee2???: | Pocrifka, Leandro Aparecido |
| ???metadata.dc.contributor.referee3???: | Fonseca, André Felipe Vale da |
| ???metadata.dc.contributor.referee4???: | Avellaneda, César Antonio Oropesa |
| ???metadata.dc.description.resumo???: | As células solares sensibilizadas, dentre as chamadas células emergentes, possibilitam a utilização de materiais de baixo custo. Os corantes e polímeros naturais são exemplos de materiais de baixo custo e com boas perspectivas para aplicação em células solares. Este trabalho tem a intenção de estudar polímeros naturais para a utilização em células solares sensibilizadas por pontos quânticos de CdS e CdSe/CdS, e propõe uma cossensibilização, combinando um corante natural extraído do jenipapo amazônico e pontos quânticos de CdS. Foi realizado um estudo da melhor composição para o preparo dos eletrólitos poliméricos, a partir de goma de mandioca, xantana e amido de milho, sendo obtidos melhores resultados para utilização de glicerina, como agente plastificante, e formaldeído, como agente reticulante. A goma de mandioca obteve melhor desempenho em testes preliminares de caracterizações fotoeletroquímicas em dispositivos sensibilizados por CdS e foi selecionada para continuidade deste estudo. Foram realizadas algumas tentativas de dopagens do eletrólito polimérico com ácido cítrico, ácido acético e perclorato de lítio. Este último obteve melhor compatibilidade e sua concentração foi otimizada através de estudos de espectroscopia de impedância eletroquímica em diferentes temperaturas para obter a condutividade de filmes preparados. A propriedade dielétrica e da condutividade elétrica dos eletrólitos poliméricos foi estudada na faixa de frequência de 2 MHz a 20 mHz. A concentração ótima de dopagem foi de 2%, que atingiu condutividade elétrica de 1,48 x 10-2 S.cm-1 . Empregando o eletrólito polimérico em células sensibilizadas por CdSe/CdS foi medido uma eficiência de 5,51%, superior ao eletrólito líquido que foi de 4,97%. A estabilidade das células foi monitorada por análises de seus parâmetros fotoeletroquímicos durante sete dias, após este período a eficiência do dispositivo contendo o eletrólito polímérico decaiu 22,63% e com o eletrólito líquido 52,9%. Em relação ao estudo de corante natural, os resultados observados pelas análises de absorção no UV-Vis e caracterizações fotoeletroquímicas permitiram garantir o potencial de cossensibilização por pigmento natural e ponto quântico de fotoanodos. Esses fotoanodos foram testados em células usando S2- /Sn2- ou I- /I3- como eletrólitos redox. Embora os resultados das células cossensibilizadas tenham sido inferiores às células solares sensibilizadas apenas com CdS ou N3, as células solares cossensibilizadas utilizando o corante natural de jenipapo apresentam melhor eficiência de conversão fotovoltaica (corante de jenipapo/CdS = 0,70%) e estabilidade quando comparadas às células cossensibilizadas com o corante sintético convencional utilizado N3 (N3/CdS = 0,25%). Foram estudados novos contra eletrodos utilizando grafeno com metais de cobalto e níquel. A eletrodeposição simultânea de grafeno e metais indicaram que o cobalto apresenta melhor resposta cinética de transferência de elétrons quando utilizados eletrólito de polissulfeto. Este trabalho o potencial de polímeros naturais e corantes naturais oriundos da região amazônica para aplicações em novas tecnologias de células solares. |
| Abstract: | Sensitized solar cells, among the so-called emerging cells, enable the use of low cost materials. Natural dyes and polymers are examples of such materials with promising prospects for solar cell applications. This work aims to study natural polymers for use in solar cells sensitized by CdS and CdSe/CdS quantum dots and proposes co sensitization, combining a natural dye extracted from the Amazonian jenipapo fruit and CdS. A study was conducted to find the best composition for preparing polymeric electrolytes, using cassava gum, xanthan gum, and corn starch, with better results obtained using glycerin as a plasticizing agent and formaldehyde as a cross-linking agent. Cassava gum performed better in preliminary photoelectrochemical characterizations in CdS sensitized devices and was selected for further study. Several attempts were made to dope the polymeric electrolyte with citric acid, acetic acid, and lithium perchlorate. The latter showed better compatibility, and its concentration was optimized through electrochemical impedance spectroscopy studies at diFFerent temperatures to obtain the conductivity of prepared films. The dielectric property and electrical conductivity of the polymeric electrolytes were studied in the frequency range of 2 MHz to 20 mHz. The optimal doping concentration was 2%, achieving an electrical conductivity of 1.48 x 10-2 S.cm-1 . When employing the polymeric electrolyte in CdSe/CdS sensitized cells, an eFFiciency of 5.51% was measured, higher than the liquid electrolyte, which was 4.97%. The stability of the cells was monitored by analyzing their photoelectrochemical parameters for seven days, during which the eFFiciency of the device containing the polymer electrolyte decreased by 22.63%, and the liquid electrolyte by 52.9%. Regarding the study of natural dye, results from UV-vis absorption analyses and photoelectrochemical characterizations ensured the potential for co-sensitization by natural pigment and quantum dot photoanodes. These photoanodes were tested in cells using S2- /Sn 2- or I- /I3 - as redox electrolytes. Although the results of co-sensitized cells were inferior to cells sensitized only with CdS or N3, co-sensitized solar cells using the natural jenipapo dye showed better photovoltaic conversion eFFiciency (jenipapo dye/CdS = 0.70%) and stability compared to cells co sensitized with the conventionally used synthetic dye N3 (N3/CdS = 0.25%). Additionally, new counter electrodes using graphene with cobalt and nickel metals were studied. The simultaneous electrodeposition of graphene and metals indicated that cobalt exhibits a better kinetic response for electron transfer when a polysulfide electrolyte is used. This work demonstrates the potential of natural polymers and dyes from the Amazon region for applications in new solar cell technologies. |
| ???metadata.dc.subject.cnpq???: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA: QUIMICA: FISICO-QUIMICA |
| ???metadata.dc.subject.user???: | Polímero natural Corante natural Pontos quânticos Eletrólito polimérico Células solares |
| Language: | por |
| ???metadata.dc.publisher.country???: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal do Amazonas |
| ???metadata.dc.publisher.initials???: | UFAM |
| ???metadata.dc.publisher.department???: | Instituto de Ciências Exatas |
| ???metadata.dc.publisher.program???: | Programa de Pós-graduação em Química |
| Citation: | PONTES, Fagnaldo Braga. Estudo de eletrólito polimérico de base natural para aplicação em células solares do tipo CSSC e QDSSC. 2024. 127 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus (AM), 2024. |
| ???metadata.dc.rights???: | Acesso Aberto |
| ???metadata.dc.rights.uri???: | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
| URI: | https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/11366 |
| Issue Date: | 28-May-2024 |
| Appears in Collections: | Doutorado em Química |
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