Obtenção de compósitos de poli(metacrilato de metila) para aplicações fotovoltaicas.

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Mituo, Melina Yurie
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Células fotovoltáicas; Corantes; Dyes; Nanotechnology; Nanotecnologia; Photovoltaic cells; Polímeros (Materiais); Polymers (Materials)
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3133/tde-16032023-084539/

Atualmente, a eficiência dos dispositivos fotovoltaicos comerciais de uso terrestre fica em torno de 15%, o que se torna um limitante em comparação a outras fontes de geração de energia como a hidráulica, presente em vários países. Uma das soluções consiste no desenvolvimento de dispositivos a partir da formulação de material transparente com um luminóforo. Tal dispositivo ao ser conectado à célula fotovoltaica (CF), promoveria a conversão da luz solar em fótons de comprimentos de onda () mais adequados, reduzindo perdas de energia. A presente pesquisa propôs avaliar duas categorias de luminóforos, o nanoponto de carbono nitrogenado (NPCN) e o complexo de rutênio com o ligante bipiridina (Ru(bpy)), no desenvolvimento de materiais a base de poli(metacrilato de metila) (PMMA). Avaliações preliminares foram realizadas quanto à solubilidade, usando o método da contribuição de grupo, entre os luminóforos e o PMMA. Além disso, avaliou-se a estabilidade do NPCN no processo de mistura usando sonda ultrassônica, ferramenta clássica na dispersão de nanopartículas em solução polimérica. Por ser uma nova molécula, poderia haver a formação de aglomerados de NPCN na solução, causando a autoextinção de sua luminescência. Os resultados mostraram que as condições do processo não alteraram as propriedades do NPCN. Dois métodos de deposição de filmes foram avaliados: o revestimento por centrifugação e por vazamento. Devido à formação de filmes com figuras de orvalho no primeiro método, ele não foi continuado; o segundo método foi utilizado na preparação de filmes e no revestimento das CFs. As formulações dos sistemas PMMA/luminóforo seguiram planejamentos de experimento (DoE). As caracterizações realizadas focaram na morfologia dos filmes através da microscopia eletrônica de varredura (MEV), nas medidas de absorção e emissão dos luminóforos, e dos correspondentes filmes à base de PMMA, e na análise elétrica do sistema fotovoltaico. Na avaliação do efeito dos revestimentos de PMMA/luminóforo como guias de luz luminescentes utilizou-se CFs de 20 mm x 20 mm. Filmes com maiores concentrações de NPCN ficaram rugosos na superfície. A banda de emissão de fluorescência (FL) aparecem entre 400 a 420 nm. Na análise estatística dos dados das medidas elétricas das CFs revestidas, obteve-se o modelo para a eficiência, o qual não foi significativo a 95% de confiança; por outro lado, para o fator de forma (FF), ele foi significativo, porém, houve falta de ajuste do modelo. As respostas espectrais das CFs revestidas ou não com PMMA/NPCN foram semelhantes onde apresentaram aumento com o aumento do entre a região de 300 nm a 1000 nm seguindo-se uma diminuição. Em relação ao luminóforo Ru(bpy), a seção transversal do filme, obtido por fratura criogênica, apresentou dois perfis: I) o segmento mais próximo a superfície superior apresentou-se plano, e II) aquele inferior mostrou uma topologia rugosa, provavelmente, devido ao efeito do não-solvente (etanol) na formação do filme. Quanto à espectroscopia de fluorescência, a emissão foi a 590 nm após a excitação de 450 nm. Na análise das respostas das medidas elétricas, verificouse que o modelo para explicar a eficiência não foi significativo a 95% de confiança. Por outro lado, no caso do FF, o modelo foi significativo e houve ajuste, ou seja, ele foi adequado. A resposta espectral das CFs com ou sem o revestimento de PMMA/Ru(bpy) foram equivalentes sendo observado o seu aumento com o aumento de na faixa de 300 nm a 900 nm.