Células solares sensibilizadas por corantes azo: eficiência e fotodegradação

Abstract

A população Mundial tem vindo a crescer desmesuradamente nas últimas décadas, e, com ela, tem também aumentado o consumo de energia mundial, fruto das necessidades de cada um. É neste contexto que surgem as energias renováveis, caraterizadas por serem inesgotáveis, não poluentes e disponíveis para todos. Estas provêm de recursos naturais que são naturalmente reabastecidos, como o sol, o vento, a água, marés, o calor interno da Terra. Apesar de extremamente vantajosas e progressivamente aperfeiçoadas, estas possuem elevados custos dos equipamentos. No caso da energia solar, a energia luminosa pode ser capturada de forma direta, apenas sendo necessária a transformação da energia solar em outro tipo de energia utilizável (painéis fotovoltaicos) ou indireta. Atualmente, as células fotovoltaicas são, na sua maioria, fabricadas através da utilização de cristais monocristalinos ou policristalinos de silício ou silício amorfo, possuem uma eficiência muito reduzida, sendo que as (poucas) que atingem uma eficiência mais alta têm um custo de produção muito elevado. Na presente investigação foram desenvolvidos estudos em corantes para uma potencial aplicação em células solares sensibilizadas, por corantes DSSC – dye sensitized solar cells. Os corantes estudados pertencem à classe dos azo corantes, que se caracteriza pela presença de pelo menos um grupo cromóforo (-N=N-) e de grupos ancorantes sulfónicos. Para complementar a análise, e avaliar o potencial destes corantes em DSSC, foram realizados estudos da cinética de adsorção dos corantes em dióxido de titânio, do comportamento da desadsorção e estudada a sua degradação sob luz solar simulada. Os corantes estudados adsorvem eficientemente na superfície de filmes compostos com nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2). Observou-se que os corantes se degradam em condições operacionais (na presença de oxigénio). A cinética de degradação foi ajustada a equações exponenciais. Por último, e atendendo a conhecimentos de base científica existentes, foram selecionados alguns dos corantes estudados para avaliar o seu desempenho em DSSC, em que se procedeu à sua avaliação através de curvas I-V. Foram, estudadas células solares com os três corantes (Brilliant Black BN, Tartrazine e New Coccine) verificando-se que complementaram a absorção solar.