Emprego de tecnologia de plasma na produção de blocking layer para o aumento da eficiência de células solares

Resumo

O princípio de operação da célula solar sensibilizada por corante (DSSC) é baseado na injeção de elétrons das moléculas adsorvidas de corante para a banda de condução do TiO2 nanocristalino. Estes elétrons são transferidos para o circuito externo por meio deste óxido e o corante é regenerado pelo elétron proveniente do sistema redox do eletrólito (iodeto/tri-iodeto). Por sua vez, o iodeto é regenerado pela redução do tri-iodeto no contra-eletrodo de platina [1]. No dispositivo DSSC, a camada de TiO2 é geralmente obtida por meio de métodos químicos de fabricação. Embora, as células fabricadas com a camada de TiO2 preparada por métodos químicos apresentem eficiência de conversão de aproximadamente 11% [2-8] sabe-se que tem algumas limitações para produção industrial e também a reprodutibilidade. Por outro lado, a técnica de ''sputtering" é superior quanto a produção industrial do TiO2 [9-13]. No entanto, a eficiência de conversão das células fabricadas com o TiO2 obtido por "sputtering" ainda é inferior em comparação ao óxido preparado por métodos químicos. Neste contexto, é necessário esforço e trabalho científico de investigação com a finalidade de melhorar a eficiência de conversão de luz solar em energia elétrica. Sabe-se que as camadas de TiO2 nanocristalino utilizadas na DSSC geralmente apresentam pequenos buracos ou poros que permitem o contato direto entre o eletrólito e o eletrodo condutor que resultam na fuga de cargas. Para impedir esta fuga, uma camada de bloqueio ("blocking Layer") é uma opção a ser usada entre o eletrodo condutor e a camada de TiO2, e assim eliminar ou reduzir ao máximo essa corrente de fuga. Até o presente momento, os trabalhos encontrados na literatura relatam os efeitos e características destas camadas de bloqueio utilizadas em células DSSC fabricadas com o TiO2 preparado por métodos químicos. No plano de trabalho deste projeto pretende-se usar três metodologias para a obtenção desta camada, sendo uma por meio de técnica tradicionalmente usada em deposição de filmes e as outras duas por técnicas muito pouco exploradas, para o uso em células solares, em nível nacional e internacional. São elas: i) deposição de camadas atômicas ALD (Atomic Layer Deposition), que por operar no modo térmico ou no assistido à plasma (PEALD); ii) High-Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS). Cabe ressaltar que o prof. Dr. Korneli G. Grigorov, candidato a bolsa, possui grande experiência científica na área de processamento de materiais por plasmas frios, tendo trabalho recentemente com o emprego de células solares na separação de moléculas de água (water splitting). Além disso, possui grande experiência em diversas técnicas de caracterização de materiais, que serão necessárias para a execução deste projeto. Assim, sua permanência junto a equipe que vem desenvolvendo esses tipos de dispositivos fotovoltáicos possibilitará um maior dinamismo nas pesquisas. Por fim, enfatiza-se que o Dr. Grigorov auxiliará também na coorientação de alunos de pós-graduação (mestrado e doutorado) e de iniciação científica, bem como ministrará disciplinas nos cursos de pós-graduação da UNIFESP-ICT. (AU)