Projetos de Pesquisa

 

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Willian Xerxes Coelho Oliveira

Engenharias

Engenharia de Energia
  • preparo de sensibilizadores fotovoltaicos baseados em radicais orgânicos magnéticos nitronilnitróxido para células solare
  • A busca por fontes de energia renovável é um tema importante atualmente, pois necessita-se garantir formas de obter energia com o eminente fim dos recursos fósseis e, preferencialmente, a partir de fontes limpas e sustentáveis. Uma dessas fontes é a energia solar, abundante em todo o mundo e com potencial aplicação global. Os dispositivos fotovoltaicos aplicáveis hoje em dia provêm de sistemas a base de silício de alta pureza ou telureto de cádmio(II). O silício apesar de abundante na crosta terrestre é caro para produzi-lo em pureza para aplicações em células solares. Já o telureto de cádmio além de menos eficiente possui elementos pesados em sua composição, o que torna sua aplicação em ambiente doméstico não muito atrativo. Portanto a busca por novos materiais sensibilizadores para dispositivos fotovoltaicos permanece como uma área a se investir recursos afim de se tornar a energia solar acessível e segura à população. Uma família de materiais que apresenta grande potencial é a dos radicais nitronilnitróxido que em estudos teóricos recentes mostrou terem capacidade de fotoinduzir corrente elétrica e desta forma podem ser aplicados como sensibilizadores. Por serem moléculas orgânicas versáteis, apresentando larga absorção no espectro visível intrínseca e síntese a partir de diferentes substituintes que lhes garantem capacidade de ser ionizada, polimerizada e/ou modular efeito antena, seu potencial é ainda maior, pois podem ser aplicadas em células solares de diferentes arquiteturas: (i) as sensilibilizadas por corantes, (ii) sensibilizadas por filmes de compostos orgânicos/polímeros condutores ou ainda (iii) perovskitas, quando ionizadas ocupando sítios catiônicos destas. A síntese destes compostos é razoavelmente fácil e permite a fabricação de dispositivos através de soluções, que facilita a fabricação das células solares em laboratório. Para este trabalho serão preparados radicais baseados no grupo nitronilnitróxido cujos substituintes são os grupos fenil, 2-tiofenoil, 3-tiofenoil, 1, 2 ou 3-piridil. Todos estes serão investigados como corantes em células sensibilizadas por corantes e nas células orgânicas. Os radicais derivados do tiofeno podem ser polimerizados a fim de preparar polímeros orgânicos condutores e radicalares que também serão utilizados para preparar células orgânicas. A família os radicais contendo grupos piridínicos serão transformados em cátions pela alquilação do nitrogênio aromático e utilizados para preparar compostos híbridos orgânicos-inorgânicos contendo ânions inorgânicos de estrutura similar às perovskitas (polímeros inorgânicos de octaedros com faces ou arestas compartilhadas em uma ou duas direções) utilizando elementos pouco ou não tóxicos para uso doméstico mais atrativo, como bismuto, antimônio, índio e prata. Os dispositivos serão preparados inicialmente da forma clássica: usando vidro ou plástico recoberto de camada condutora, sobre ela uma camada transportadora de elétrons (para (i) e (iii)) ou transportadora de buracos (para dispositivos do tipo (ii)) seguida de uma camada do sensibilizante. Em seguida para (i) adiciona-se um eletrólito e finalmente outro vidro condutor; para (ii) é depositada uma camada transportadora de elétrons e então uma de prata ou alumínio; e para (iii) uma camada transportadora de buracos e ouro. Inicialmente serão usados materiais clássicos como o Spiro-OMeTAD (N2,N2,N2′,N2′,N7,N7,N7′,N7′-octakis(4-metoxifenil)-9,9′-spirobi[9H-fluoren]-2,2′,7,7′-tetramina) e ou blenda dos polímeros PEDOT:PPS (poli(3,4-etilenedioxitiofeno) : polystireno sulfonato) como transportadores de buracos e TiO2 ou fulereno (C60) como transportadores de elétrons e solução acetonitrílica de LiI/I2 como eletrólito líquido. Caso necessário substituintes serão estudados e empregados, afim de diminuir fontes de resistência, de pontos de recombinação de cargas e consequentemente aumentar a eficiência das células preparadas. A pesquisa desta família de radicais em dispositivos fotovoltaicos por ser tão versátil tem potencial para gerar muitos resultados, tanto na forma de publicações como na forma de formação de recursos humanos nesta área do conhecimento. A equipe proposta é formada pelo proponente (professor adjunto na Universidade Federal de Mias Gerais – UFMG) que tem expertise em compostos magnéticos, sínteses inorgânica e orgânica, cristalografia e atualmente se encontra em estágio pós-doutoral no Laboratório de Nanomateriais e Energia Solar (LNES), na Unicamp (Universidade Estadual de Campinas) pesquisando a forma preparo e de otimização de células solares de diversas arquiteturas. Além do proponente a Profa. Dra. Ana Flávia Nogueira (Unicamp) que é diretora do LNES faz parte da equipe e auxiliará no preparo e análise das células solares. Os Prof. Dr. Humberto Osório Stump (UFMG) e Miguel Julve Olcina (Univesitad de València, Espanha) são especialistas em compostos magnéticos e nos radicais nitronilnitróxido e junto com as facilidades de suas instituições auxiliarão na análise das relações magnéticas com a eficiência das células solares preparadas. O projeto também atualmente conta com dois alunos de iniciação científica que estão envolvidos na síntese e preparo de células solares e se envolverão com os sensibilizadores propostos assim que o projeto for aprovado, bem como novos alunos de graduação e pós-graduação. Por fim, para realização deste projeto de pesquisa poucos recursos são necessários, como reagentes, um par de equipamentos (placa agitadora e aquecedora para síntese e um spin coater para criação dos dispositivos) e dispendidos básicos para viagens e manutenção de equipamentos, uma vez que a infraestrutura da sede de realização da pesquisa e os laboratórios parceiros garantem as formas de caracterização necessárias dos dispositivos preparados.
  • Universidade Federal de Minas Gerais - MG - Brasil
  • 18/02/2019-28/02/2022