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metadata.dc.type: masterThesis
Title: Célula Fotovoltaica ZnO@ZnS Core@Shell, Obtida a Partir do Método Hidrotérmico Assistido por Microondas
Other Titles: Photovoltaic Cell ZnO@ZnS Core@Shell, Obtained from the microwave-assisted hydrothermal Method.
metadata.dc.creator: Fernandes, Cristian Dias
metadata.dc.contributor.advisor1: Moreira, Mário Lúcio
metadata.dc.description.resumo: Diversos países vêm buscando formas de energias alternativas, com o objetivo de diminuir a poluição do meio ambiente, tais como energia eólica, biomassa, energia fotovoltaica, dentre outras. O efeito fotovoltaico é o princípio da conversão de energia solar em elétrica, que embasa os vários tipos de células fotovoltaicas existentes. Neste sentido, esta pesquisa visa descrever o desenvolvimento – síntese e montagem – de células fotovoltaica do tipo core@shell ZnO@ZnS, bem como realizar o teste de eficiência de conversão dos sistemas propostos. A síntese foi realizada a partir do método hidrotermal assistido por micro-ondas, com a utilização dos precursores acetato de zinco e hidróxido de sódio para a obtenção do óxido de zinco (ZnO) e da tiuréia em conjunto com o acetato de zinco para a obtenção do recobrimento com ZnS, a fim de originar o sistema core@shell ZnO@ZnS. A confecção dos foto-eletrodos e contra-eletrodos das células foram feitos em placas de óxido de estanho dopado com flúor (FTO). A deposição do composto ZnO@ZnS feita sobre a placa de FTO, para a formação do foto -eletrodo, foi realizada por doctor blade, sofrendo posterior tratamento térmico, enquanto que os contra -eletrodos foram confeccionados com carbono e platina. Como eletrólitos foram utilizados os pares redox iodeto de potássio e iodeto de lítio. Para caracterização da síntese e do filme foram realizadas medidas de difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo e espectroscopia de UV-visível. Quanto às medidas elétricas foi realizado o levantamento da curva de resposta tensão Vs. tempo (V Vs. t), densidade de corrente de curto circuito Vs. tensão (J Vs. V) no escuro e densidade de corrente Vs. tensão, sob iluminação, com padrão de 1000 W/m 2 , as quais foram importantes para que fosse determinada a densidade de corrente de curto circuito, tensão de circuito aberto e conseqüentemente, o fator de forma e a eficiência de conversão solar em elétrica, da célula fotovoltaica. Com os resultados obtidos a partir da construção das células, foi possível inferir que o fotoeletrodo desenvolvido com o composto ZnO@ZnS possui potencial para aplicações fotovoltaica, apresentando resposta fotovoltaica, qualquer que fosse o eletrólito e/ou contra-eletrodo utilizado. As células apresentaram eficiência menores que 1%, sendo que a célula de lítio e platina foi a que apresentou melhor eficiência de conversão (0,00289%). Todavia, o intuito do trabalho foi desenvolver uma célula sem sensibilizador que tivesse uma melhor longevidade e que não degradasse, fato que foi observado visto que as células permaneceram em funcionamento mesmo a pós a reposição do eletrólito. Deste modo, chegar ao equilíbrio entre eficiência e tempo de vida pode ser pauta para novos estudos, que levem os sistemas core@shell a novas perspectivas, além de servir de motivação para que outros pesquisadores possam utilizar tais conhecimentos, tanto na área de células fotovoltaicas, quanto para outros fins.
Abstract: Several countries have been looking for alternative forms of energy, with the aim of reducing pollution of the environment, such as wind energy, biomass, photovoltaic energy, among others. The photovoltaic effect is the principle of the conversion of solar energy into electricity, which bases the various types of existing photovoltaic cells. In this sense, this research aims to describe the development - synthesis and assembly - of photovoltaic cells of the core@shell ZnO@ZnS type, as well as performing the conversion efficiency test of the proposed systems. The synthesis was carried out using the microwave-assisted hydrothermal method, using the zinc acetate and sodium hydroxide precursors to obtain zinc oxide (ZnO) and thiourea together with zinc acetate to obtain of the ZnO coating, in order to originate the core@shell ZnO@ZnS system. The preparation of the photoelectrodes and counter electrodes of the cells were done on fluorine-doped tin oxide (FTO) plates. The deposition of the ZnO@ZnS compound on the FTO plate, for the formation of the photoelectrode, was performed by doctor blade, undergoing subsequent heat treatment, while the counter electrodes were made with carbon and platinum. As electrolytes the redox pairs were used potassium iodide and lithium iodide. To characterize the synthesis and the film, X-ray diffraction measurements, field scanning electron microscopy and UV-visible spectroscopy were performed. As for the electrical measurements was carried out lifting the response curve voltage Vs. time (V Vs. t), current density of short-circuit Vs. voltage (j Vs. V) in the dark and current density Vs. voltage, under a standard of 1000 W/m 2 , which were important to determine the short-circuit current, open-circuit voltage and, consequently, the form factor and the solar-to-electric conversion efficiency of the photovoltaic cell. With the results obtained from the construction of the cells, it was possible to infer that the photo-electrode developed with the compound ZnO@ZnS has potential for photovoltaic applications, presenting photovoltaic response, whatever the electrolyte and/or counter electrode used. The cells presented efficiency fewer than 1%, and the lithium and platinum cell presented the best conversio n efficiency (0.00289%). However, the aim of the work was to develop a cell without sensitizing that had a better longevity and that did not degrade, a fact that was observed since the cells remained in operation even after the replacement of the electrolyte. In this way, reaching the balance between efficiency and life time can be a guideline for n ew studies that take the core@shell systems to new perspectives, as well as serve as motivation for other researchers to use such knowledge in the field of photovoltaic cells, and for other aplications.
Keywords: ZnO@ZnS
Core@shell
Célula fotovoltaica
Hidrotermal
Micro-ondas
Photovoltaic cell
Hydrothermal
Microwave
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Pelotas
metadata.dc.publisher.initials: UFPel
metadata.dc.publisher.department: Centro de Desenvolvimento Tecnológico
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
Citation: FERNANDES, Cristian Dias. Célula Fotovoltaica ZnO@ZnS Core@Shell, Obtida a Partir do Método Hidrotérmico Assistido por Microondas. 2017. 82f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2017.
metadata.dc.rights: OpenAccess
URI: http://guaiaca.ufpel.edu.br:8080/handle/prefix/9049
Issue Date: 21-Feb-2017
Appears in Collections:PPGCEM: Dissertações e Teses

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