Orientador: Rubens Maciel Filho

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Quantum dots (QDs) coloidais são extremamente investigados para aplicação em fotovoltaico (FV) devido suas propriedades do efeito de confinamento quântico, especificamente pelo fato de os éxcitons (buracos e elétrons) estarem confinadas em todas as três dimensões espaciais e devido ao seu...

Resumo: Quantum dots (QDs) coloidais são extremamente investigados para aplicação em fotovoltaico (FV) devido suas propriedades do efeito de confinamento quântico, especificamente pelo fato de os éxcitons (buracos e elétrons) estarem confinadas em todas as três dimensões espaciais e devido ao seu pequeno tamanho, que conduz a um aumento da energia da banda proibida dos nanocristais (NCs). Este forte confinamento quântico faz com que o QD possua propriedades ópticas que podem ser alteradas modificando apenas o tamanho deste NC. Este trabalho busca sintetizar, caracterizar e estudar o comportamento e aplicabilidade de QDs de CdSe; CdTe; CdS; SnS; FeS2 e CuS2 em fotovoltaicos de terceira geração. Numa primeira etapa foi investigado o efeito do ácido esteárico (SA) sobre os QDs de CdSe e CdTe e na sequência uma análise de troca de ligante, onde foi feita a substituição do ligante inicial esteárico, para um ligante de enxofre, buscando a diminuição da longa cadeia do ligante esteárico para obtenção de uma melhor interação dos NCs para futura aplicação na camada ativa de FVs. Posteriormente foram estudados QDs de sulfetos metálicos, com foco principal de eliminar materiais tóxicos e devido à sua estrutura única, tamanho e forma de propriedades dependentes, pela facilidade de sintetização e por seus valores de band gap (Eg) que abrangem toda a região próxima ao infravermelho. Todos os materiais sintetizados foram aplicados na composição da camada ativa de FVs de terceira geração, juntamente com polímeros conjugados. Através dos resultados, pode-se concluir que com alteração na proporção de SA é possível a obtenção de QDs de CdSe e CdTe em diversos comprimentos de máxima absorção e diâmetros. A troca de ligante é possível, porém não foi obtido o resultado esperado de eficiência final da célula solar. As sínteses dos QDs de sulfeto metálico é simples e rápida, resultando em NCs com alto índice de absorção, alta estabilidade térmica e com valores adequados de Eg para aplicação em FVs, que é o foco deste trabalho. Os QDs sintetizados, foram aplicados como materiais da camada ativa dos FVs de terceira geração e se mostraram funcionais, porém um estudo para parametrização da camada ativa deve ser feito para se obter um aumento no resultado final em eficiência de conversão dessas células

Abstract: Colloidal quantum dots (QD) are extremely interesting for application in PV because of the quantum confinement effect properties specifically the excitons are confined in all three spatial dimensions and due to their small size, it leads to an increase in the band gap energy of the...

Abstract: Colloidal quantum dots (QD) are extremely interesting for application in PV because of the quantum confinement effect properties specifically the excitons are confined in all three spatial dimensions and due to their small size, it leads to an increase in the band gap energy of the nanocrystal (NC). This strong quantum confinement causes to the QD to possess optical properties that can be altered by modifying only the size of this NC. The work aims to synthesize, characterize and study the behavior and applicability of QDs of CdSe; CdTe; CdS; SnS; FeS2 and CuS2 to third generation photovoltaic (PV). In a first step the effect of stearic acid (SA) on the QDs of CdSe and CdTe was investigated and in the sequence a ligand exchange analysis, where the substitution of the initial ligand was made for sulfur ligand, looking for a decrease of the long chain of the stearic ligand to obtain a better interaction of the NCs for application in the active layer of PV. In a next step, metal sulfide QDs were studied, with a primary focus on eliminating toxic materials and due to their unique structure, size and shape of dependent properties, ease of synthesis and their band gap (Eg) values that cover an region near infrared. All the synthesized materials were applied to the active layer of third generation PV along with conjugated polymers. Through the results it can be concluded that the change in the ratio of SA it¿s possible to have QDs of CdSe and CdTe in various lengths of maximum absorption and diameters. Ligand exchange is possible, however, the expected final solar cell efficiency result was not obtained. The synthesis of the metal sulfides QDs is simple and fast, results in a NCs with high absorption rate, thermic stability and appropriate Eg values to PVs applications, which is the focus of this work. The synthesized QDs were applied as material of the active layer to the third generation PVs and showing to be functional, but a study of the parameterization of the active layer should be developed to obtain an increase in the result for the efficiency conversion of the cells

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