Construção de Células Solares Sensibilizadas por Corantes Natural e Sintético

Abstract

A energia solar é convertida em energia elétrica através do efeito fotovoltaico e constitui a base de uma célula solar. O efeito fotovoltaico foi observado em 1839 por Edmond Becquerel e com o avanço dessa tecnologia, na década de 90, o suíço Michael Grätzel desenvolveu a Célula Solar Sensibilizada por Corante (CSSC). Essas células são constituídas por semicondutores, como dióxido de titânio (TiO2), o qual é sensibilizado por um corante que tenha grande absortividade em um amplo intervalo de comprimento de onda. Neste trabalho foram construídas CSSC utilizando como ânodo um substrato de vidro recoberto com ITO onde foi adicionada uma suspensão do semicondutor TiO2 comercial P2 e como cátodo um substrato de vidro recoberto com ITO onde foi adicionada uma suspensão contendo carvão ativado. Utilizou-se como eletrólito uma solução contendo o par redox triiodeto (I3-) e iodeto (I-). Como sensibilizadores das células foram utilizados o corante sintético alaranjado de metila e o corante natural extraído das sementes do urucum, uma planta nativa da América Tropical. A eficiência dos dispositivos foi avaliada pelos valores de tensão elétrica sendo as medidas realizadas durante a irradiação dos dispositivos com luz branca (lâmpada LED) e apresentaram os seguintes valores máximos de tensão elétrica medidos: para o corante extraído das sementes de urucum, 510 mV e para o corante alaranjado de metila, 517 mV. Avaliou-se a adição de Triton X-100 na dispersão do TiO2 sendo que a presença do surfactante proporcionou a formação de um filme mais homogêneo, melhor aderido ao substrato da célula e consequentemente diminuindo a quantidade de fissuras no filme após seco. A quantidade ideal da dispersão de TiO2 depositada sobre o substrato foi de duas gotas da suspensão, obtendo-se um filme homogêneo e com menos rachaduras. O estudo do tempo de imersão do eletrodo contendo o TiO2 nas soluções aquosas dos corantes indicou que tempos maiores do que uma hora não aumentaram significativamente a tensão elétrica das células, sendo esse tempo suficiente para que a adsorção dos corantes sobre a superfície do semicondutor ocorresse de forma satisfatória. É importante ressaltar que este trabalho foi desenvolvido em tempos de pandemia de COVID-19 e, devido a restrições de acesso ao laboratório, todos os resultados apresentados aqui foram obtidos através de experimentos realizados em casa.