Otimização do eletrolito polimerico baseado no complexo poli (epicloridrina-co-oxido de etileno) com NaI/I2 para celulas solares de TiO2/corante
Viviane Carvalho Nogueira
DISSERTAÇÃO
Inglês
(Broch)
T/UNICAMP N689o
[Optimization of the polymer electrolyte based on the complex poly (epichlorohydrin-co-ethylene oxide) with NaI/I2 for application in dye sensitized solar cells]
Campinas, SP : [s.n.], 2005.
108p. : il.
Orientadores: Marco-Aurelio De Paoli, Claudia Longo
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica
Resumo: As células solares de TiO2 sensibilizadas por corante, DSSC, são constituídas por um filme nanoporoso de TiO2 modificado por um corante fotosensibilizador, um eletrólito no qual está presente o par redox I¨/I3¨, e um contra-eletrodo de platina. Desde 1996 o Laboratório de Polímeros...
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Resumo: As células solares de TiO2 sensibilizadas por corante, DSSC, são constituídas por um filme nanoporoso de TiO2 modificado por um corante fotosensibilizador, um eletrólito no qual está presente o par redox I¨/I3¨, e um contra-eletrodo de platina. Desde 1996 o Laboratório de Polímeros Condutores e Reciclagem (LPCR) do Instituto de Química da Unicamp vem se dedicando ao desenvolvimento de células solares de TiO2/corante de estado sólido, através do emprego de eletrólitos poliméricos. A substituição do eletrólito líquido por um eletrólito polimérico visa minimizar os problemas decorrentes de vazamento ou evaporação do solvente, além de facilitar a montagem dos dispositivos. Estudos anteriores mostraram que as DSSC com eletrólito polimérico apresentam uma baixa estabilidade. Como a durabilidade de um dispositivo é um fator fundamental visando sua produção e uso em larga escala, o objetivo desta dissertação foi investigar as possíveis causas da baixa estabilidade das DSSC e otimizar a composição do eletrólito polimérico baseado em poli(epicloridrina-co-óxido de etileno), P(EO-EPI)84:16, NaI e l2, visando obter células solares com maior eficiência e estabilidade. Os resultados obtidos mostraram que a baixa estabilidade destas células está relacionada com a elevada quantidade de solvente residual presente no dispositivo após o término de sua montagem. A primeira parte do trabalho consistiu em eliminar esta interferência. O eletrólito polimérico foi otimizado através da adição do plastificante poli(etileno glicol) metil éter, P(EGME), que levou a uma redução significativa da temperatura de transição vítrea (Tg) do material polimérico, aumentando a flexibilidade das cadeias poliméricas e também participando na coordenação dos cátions Na, levando ao aumento da condutividade do eletrólito polimérico (s = 1,7 x 10 S cm, para 13 % m/m NaI). O coeficiente de difusão estimado para os íons no eletrólito polimérico com plastificante foi de 2 x 10 cms, aproximadamente 5 vezes maior do que para o eletrólito sem plastificante. A adição do plastificante não comprometeu as estabilidades térmicas, eletroquímicas e dimensionais dos filmes de eletrólito polimérico. A DSSC preparada com o eletrólito de P(EO-EPI) : P(EGME) (1:1) e 13 % (m/m) de NaI/I2 apresentou uma corrente de curto-circuito (ISC) de 1,88 mA cm e eficiência de conversão de energia (h) de 0,52 % (100 mW cm). Sob 10 mW cm, ISC = 0,60 mA cm e h = 1,75 %. Estes resultados mostram que a adição do plastificante contribuiu para melhorar o desempenho da célula solar e o estudo de estabilidade desta DSSC mostrou uma redução de menos de 15 % na eficiência de conversão de energia após 30 dias de irradiação.
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Abstract: Dye sensitized solar cells, DSSC, consist of a nanoporous TiO2 electrode modified by a Ru-complex dye, an electrolyte containing the redox couple I¨/I3¨and a Pt counter electrode. Since 1996 the Conductive Polymers and Recycling Laboratory (LPCR) of the Chemistry Institute at Unicamp is...
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Abstract: Dye sensitized solar cells, DSSC, consist of a nanoporous TiO2 electrode modified by a Ru-complex dye, an electrolyte containing the redox couple I¨/I3¨and a Pt counter electrode. Since 1996 the Conductive Polymers and Recycling Laboratory (LPCR) of the Chemistry Institute at Unicamp is developing solid state dye sensitized solar cells through the use of polymer electrolytes. The substitution of the liquid electrolyte by a polymeric one, eliminates the need of perfect sealing and avoids many problems caused by leakage or evaporation of the solvent, besides making the assembly of the cells much easier. Previous works showed that the DSSC assembled with polymer electrolytes present a poor stability. The durability of a device is a very important parameter when considering practical interests for application of DSSC, so the aim of this dissertation was to investigate the major causes of the poor stability ofthe DSSC and to optimize the composition of the polymer electrolyte based on poly(epichlorohydrin-co-ethylene oxide), P(EO-EPI)84:16, NaI and I2, in order to obtain solar cells with improved efficiency and stability. The results showed that the poor stability of the solar cells could be assigned to the presence of a large amounts of residual solvent in the assembled devices. The first step of the work consisted in eliminating this interference. The polymer electrolyte was optimized through the addition of the plasticizer, poly(ethylene glycol methyl ether), P(EGME), leading to a significant reduction of the copolymer glass transition temperature (Tg), increasing the chains flexibility, and also coordinating the Nacations, enhancing the ionic conductivity of the polymer electrolyte (s = 1.7 X 10 S cm, with 13 wt. % NaI). The diffusion coefficient estimated for the polymer electrolyte with the plasticizer was 2 x 10 cm s, about 5 times larger than for the electrolyte without plasticizer. The plasticizer did not affeet the thermal, electrochemical and dimensional stabilities of the polymer electrolyte films. The DSSC assembled with the polymer electrolyte based on P(EO-EPI) : P(EGME) (1:1) and 13 wt. % of NaI/I2 showed short circuit current (ISC) of 1.88 mA cm and overall conversion efficiency (h) of 0.52 % (100 mW cm). At 10 mW cm, ISC = 0.60 mA cm and h = 1.75 %. These results show that the plasticizer enhanced the performance of the solar cell. The stability test showed a reduction of less than 15 % in the efficiency of energy conversion after irradiating the DSSC for 30 days.
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De Paoli, Marco-Aurelio, 1949-
Orientador
Longo, Cláudia, 1968-
Coorientador
Bertazzoli, Rodnei, 1956-
Avaliador
Gushikem, Yoshitaka, 1942-
Avaliador
Otimização do eletrolito polimerico baseado no complexo poli (epicloridrina-co-oxido de etileno) com NaI/I2 para celulas solares de TiO2/corante
Viviane Carvalho Nogueira
Otimização do eletrolito polimerico baseado no complexo poli (epicloridrina-co-oxido de etileno) com NaI/I2 para celulas solares de TiO2/corante
Viviane Carvalho Nogueira
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