Desenvolvimento de plataformas nanoestruturadas de TiO2 para células solares de terceira geração

Abstract

A energia solar é uma das mais promissoras fontes de energia dentre todo o grupo de energias renováveis. A pesquisa em células solares, que convertem a energia solar em energia elétrica, vem sendo amplamente estudada e atualmente estes dispositivos já estão em sua terceira geração de tecnologia e fabricação. Entre as células de terceira geração, a com maiores pesquisa e visibilidade, chegando recentemente a eficiência de 20%, é a célula solar sensibilizada por corante, ou DSSC. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um tipo diferenciado de plataforma de TiO2, que é uma das principais interfaces das DSSC, que prioriza o aumento de área superficial de contato com a interface absorvedora de fótons, perovskita geralmente. Para viabilidade desse objetivo desenvolveu-se uma metodologia original baseada na síntese de nanoesferas de poliestireno, fabricação de máscaras coloidais em óxido de índio-estanho (ITO), através do processo de spin-coating, e deposição potenciostática de TiO2 sobre as nanoesferas com a utilização de eletrossíntese catódica. Demonstrou-se que a densidade de carga ótima de deposição está na faixa entre 40 e 50 mC/cm² e que a ordenação correta das esferas, alcançada apenas com o uso de sínteses onde as esferas são monodispersas, é necessária para que a nanoestruturação alcance os resultados desejados de padronização. Máscaras coloidais de ordenamento compacto são a garantia de obtenção do padrão nanoestruturado de TiO2 e, portanto, são o primeiro objetivo em trabalhos futuros na mesma área.

Solar energy is one of the most promising renewable energy sources. Research regarding photovoltaic cells, which convert solar energy into electricity, are in a fast road to development, reaching now their third generation of research and manufacturing. Amongst the third generation cells, dye sensitized solar cell (DSSC) is the one which presents the higher efficiencies, reaching up to 20%. The aim of this work is to develop a different type of TiO2 platform, which is one of the main interfaces of the DSSC. This platform prioritizes the increase in superficial area of contact with the interface of absorbing photons, usually perovskite. To enable the development of this work, an original method based on the synthesis of polystyrene nanospheres, manufacturing of colloidal masks Indium tin oxide (ITO) through the spin-coating process, and potentiostatic deposition of TiO2 on nanospheres using cathodic electrosynthesis, was developed. It has been demonstrated that the optimal charges of deposition are in the charge range between 40 and 50 mC / cm² and that the correct ordering of the spheres, which can only be achieved with the use of a synthesis process where the size of the spheres are homogeneous, is necessary for the nanostructuring to achieve the aimed results. Compact ordered structures of colloidal masks are crucial for the obtainment of the nanostructural pattern of TiO2 and should, therefore, be the first objective of future work in this field.