Orientador: Ana Flávia Nogueira

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química

Resumo: Este trabalho consistiu na preparação, caracterização e posterior aplicação de eletrólitos poliméricos gel em celulas solares de TiO2/corante. No Capítulo I, e apresentado uma introdução geral sobre células solares e eletrólitos poliméricos. O Capítulo II contém os objetivos deste trabalho....

Resumo: Este trabalho consistiu na preparação, caracterização e posterior aplicação de eletrólitos poliméricos gel em celulas solares de TiO2/corante. No Capítulo I, e apresentado uma introdução geral sobre células solares e eletrólitos poliméricos. O Capítulo II contém os objetivos deste trabalho. No Capítulo III, são preparados os eletrólitos polimérico gel utilizando a matriz polimérica de poli(oxido de etileno-co-2-(2-metoxietoxi) etil glicidil eter) (P(EO/EM)) contendo I2 e várias concentrações de g-butirolactona (GBL) e LiI. Esses eletrólitos foram caracterizados por medidas de calorimetria exploratória diferencial (DSC), ressonância magnética de Li (RMN), termogravimetria (TGA), difração de raios-X (DRX), condutividade e voltametria cíclica (VC). O eletrólito polimérico gel P(EO/EM)/GBL/LiI/I2 apresentou excelentes propriedades químicas e eletroquímicas. Esses eletrólitos foram aplicados nas células solares de TiO2/corante, conforme e apresentado no Capítulo IV. As células solares foram caracterizadas por meio das curvas de corrente-potencial (J-V), estimativa do tempo de vida do eletron e espectroscopia de absorção transiente (TAS). De modo geral, os dispositivos montados com o eletrólito polimérico (P(EO/EM)/GBL/LiI/I2 apresentaram um aumento da fotocorrente com a incorporação de GBL no eletrólito. Esse resultado e influência da maior difusão das especies redox no meio. Em contrapartida, o aumento da concentração de GBL no eletrólito também provocou uma acentuada perda no potencial de circuito aberto, o que foi relacionado ao aumento dos processos de recombinação na interfaces, contribuindo para a perda da eficiência das células solares. Para minimizar esses efeitos, no Capítulo V, e apresentada a caracterização por meio das curvas de corrente-potencial da célula solar de TiO2/corante montadas com o eletrólito P(EO/EM)/GBL/LiI/I2 preparado com terc-butilpiridina e éter coroa. A incorporação desses aditivos proporcionou um aumento de Voc das células solares e, consequentemente, da eficiência dos dispositivos. O Capítulo VI apresenta os testes de estabilidade das células solares de TiO2/corante preparadas com o eletrólito polimérico gel, no qual apresentou estabilidade apropriada durante 30 dias de teste. O Capítulo VII contém as principais conclusões deste trabalho e perspectiva de continuação para esta linha de pesquisa

Abstract: This thesis consisted in the preparation, characterization and application of gel polymer electrolytes in dye-sensitized TiO2 solar cells. A general introduction to solar cells and to polymer electrolytes will be presented in Chapter I. Chapter II describes the aims of this work. Chapter...

Abstract: This thesis consisted in the preparation, characterization and application of gel polymer electrolytes in dye-sensitized TiO2 solar cells. A general introduction to solar cells and to polymer electrolytes will be presented in Chapter I. Chapter II describes the aims of this work. Chapter III deals with the preparation of gel polymer electrolytes based on the poly(ethylene oxide-co-2-(2-methoxyethoxy) ethyl glycidyl ether) (P(EO/EM)) polymer matrix containing I2 and different concentrations of g-butyrolactone (GBL) and LiI. These electrolyte samples were characterized by differential scanning calorimetry (DSC), Li nuclear magnetic resonance (Li RMN), thermogravimetry (TGA), X-ray diffraction (RDX), conductivity measurements and cyclic voltammetry (VC). The gel polymer electrolyte P(EO/EM)/GBL/LiI/I2 provided excellent chemical and electrochemical properties. The electrolytes were applied in dye-sensitized TiO2 solar cells, as discussed in Chapter IV. Solar cells were characterized by current-voltage (IV) curves, electron lifetime measurements and transient absorption spectroscopy (TAS). Most of the solar cells based on the polymer electrolyte P(EO/EM)/GBL/LiI/I2 presented an increase in photocurrent with the addition of GBL to the electrolyte composition. This result may be explained by the enhanced diffusion of redox species in the medium. However, a significant decrease in open-circuit voltage was observed after increasing the GBL concentration in the electrolyte composition. The decrease in open-circuit voltage was assigned to an increase in recombination losses taking place at the interfaces, which resulted in solar cells with lower performance. In order to minimize these drawbacks, dye-sensitized TiO2 solar cells were assembled with the electrolyte P(EO/EM)/GBL/LiI/I2 containing 4-tert-butylpyridine and crown ether molecules. The addition of these additives provided an increase in Voc and, consequently, improved device performance. The characterization of these solar cells based on gel polymer electrolyte containing additives was carried out by means of current-voltage (I-V) curves, as discussed in Chapter V. Dye-sensitized TiO2 solar cells based on gel polymer electrolyte were subjected to durability tests. Good durability results were achieved during a 30-day test, which are discussed in Chapter VI. Chapter VII deals with the main conclusions of this work and outlines some perspectives for the next steps of this research