Desenvolvimento de eletrólito gel polimérico à base de xantana para aplicação em célula solar sensibilizada por corante de estado quase sólido

Abstract

Um dos maiores desafios na montagem de células solares sensibilizadas por corante (DSSC) que sejam eficientes e estáveis, é evitar vazamento do eletrólito durante a selagem e funcionamento do dispositivo. O principal objetivo deste trabalho é a obtenção de eletrólitos gel poliméricos à base de xantana, que é um polímero natural de origem microbiana e de fácil obtenção, que promove a gelificação do eletrólito. Também foram preparados eletrólitos poliméricos com a presença de diferentes aditivos: compostos nitrogenados (incluindo líquidos iônicos) e com diferentes concentrações de plastificante. Foram avaliadas as propriedades eletroquímicas, ópticas e térmicas dos eletrólitos e como esses aditivos iriam influenciar nos parâmetros elétricos e na eficiência de DSSCs. Todos os eletrólitos apresentaram alta condutividade iônica (10-4 a 10-3 S.cm-1 a 25 °C) com condução majoritariamente via mecanismo de Vogel-Tamman-Fulcher (VTF). Os eletrólitos apresentaram um comportamento eletroquímico característico de sistema quase-reversível, boa estabilidade térmica e eletroquímica e não apresentaram absorção na região do visível. Entre os aditivos nitrogenados, a 4-tert-butilpiridina resultou nos melhores resultados em termos de aumento de Voc. Embora a presença de plastificantes resultou em menores valores de Voc, o aumento de fotocorrente foi superior resultando nas DSSCs mais eficientes montadas neste trabalho. Os resultados obtidos mostram que a xantana é um bom material para montagem de DSSC de estado quase sólido e com a adição de 4-tert-butilpiridina ou o plastificante é possível obter células solares com boa eficiência.

One of the biggest challenges is the assembly of efficient and stable dye sensitized solar cells (DSSCs) is avoiding leakage of the electrolyte during the sealing and operation. The main goal of the present study is to obtain gel polymer electrolytes based on xanthan, which is an easily obtained natural polymer of microbial origin that promotes gelation of the electrolyte. Polymeric electrolytes were also prepared with the presence of different additives: nitrogen compounds (including ionic liquids) and with different concentrations of plasticizer. Evaluating the electrochemical, optical and thermal properties of the electrolytes and how these additives would influence the electrical parameters and the efficiency of the prepared DSSCs. All electrolytes present a high ionic conductivity ( 10-4 to 10-3 S.cm-1 at 25° C) with conduction predominantly via Vogel-Tamman-Fulcher (VTF) mechanism. The electrolytes presented an electrochemical behavior characteristic of a quasi-reversible system, good thermal and electrochemical stability and no absorption mode in the visible region. Among the nitrogenous additives, 4-tert-butylpyridine resulted in the best results in terms of increase of Voc. Although the presence of plasticizers resulted in lower values of Voc, the increase of photocurrent was higher resulting in the more efficient DSSCs obtained in this study. The results obtained show that xanthan is a good material for assembly of quasi-solid DSSC and with the addition of 4-tert-butylpyridine or the plasticizer it is possible to obtain solar cells with good efficiency.