PAULA MARIA DA SILVA
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Resumo IPEN-doc 29380 Influence of dye adsorption temperature and time on the performance of dye sensitized solar cells2022 - SILVA, P.M.; SERNA, M.M.; GALEGO, E.; FARIA, R.N.One of the most critical steps of the dye sensitized solar cells (DSSC) manufacture is the dye adsorption, which directly affects the efficiency of the device, once the dye absorbs the sun light initiating the transfer process. The immersion of the semiconductor oxide on a dye solution is one of the ways to carry out the adsorption. Several parameters can influence the efficiency of this adsorption method. The aim of this work was the study of influence of the time between the preparation of the photoanode and dye adsorption and also the temperature of the photoanode before the immersion. The ZnO nanostructures were grown on a conductive glass substrate (SnO:F) using the Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction (SILAR) and Chemical Bath Deposition (CBD) methods with subsequent immersion in 0,5 mM N719 ethanolic dye solution for 12 h. The dye adsorption was evaluated immediately after the preparation of the nanostructures and also after several days (7-33). For comparison, some of the prepared photoanodes were kept in oven at 90 °C. In order to evaluate the temperature effect, the nanostructures were immersed in the dye at room temperature (~23 °C) and at 80 °C. After 12 h immersion, DSSCs were prepared using these photoanodes and the photovoltaic performance was investigated by current-voltage measurement. The best result has been obtained with the cell that was prepared using the immediately prepared photoanode at 80 °C, reaching an efficiency of 0.1947 %.Artigo IPEN-doc 28513 The influence of the nanostructures on the dye adsorption in dye sensitized solar cell2021 - SILVA, PAULA M. da; SERNA, MARILENE M.; GALEGO, EGUIBERTO; FARIA JUNIOR, RUBENS N.In this work, ZnO nanostructures were synthesized by two distinct routes, which consisted in grow distinct morphologies on a seed layer by Chemical Bath Deposition method (CBD) using zinc acetate dihydrate, zinc chloride, zinc sulfate heptahydrate and zinc nitrate hexahydrate as precursor solutions and Ethylenediaminetetraacetic Acid (EDTA) and ammonium chloride as complex agents. The dye Eosin Y salt was adsorbed on the ZnO nanostructures using electrophoresis. The nanostructures were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Fluorescence (XRF) and X-ray Diffraction (XRD). The amount of dye adsorbed on the film surface was evaluated by UV-vis spectrophotometry. The nanostructure prepared from the ZnAc solution presented the higher concentration of dye.Dissertação IPEN-doc 27500 Obtenção de eletrodos nanoestruturados de ZnO para aplicação em células fotovoltaicas2020 - SILVA, PAULA M. daA necessidade por energia elétrica tem impulsionado a pesquisa por fontes renováveis e sustentáveis para a geração de energia, como a energia solar. Neste sentido, as células solares sensibilizadas por corante (DSSC, do inglês Dye Sensitized Solar Cell) são promissoras por fornecer energia sobre qualquer intensidade luminosa. O óxido de zinco (ZnO) é um semicondutor do tipo n estudado para emprego nesses dispositivos por ser um material atóxico, barato e ambientalmente amigável, além de ter banda proibida de 3,7 eV. Este trabalho objetivou a obtenção de eletrodos de ZnO nanoestruturados seguindo os seguintes métodos: SILAR, do inglês, successive ionic layer adsorption and reaction, para obtenção da semente e; CBD, do inglês, chemical bath deposition, para crescimento da nanoestrutura. Para a síntese das nanoestruturas foi utilizado como precursores: acetato de zinco dihidratado, cloreto de zinco, sulfato de zinco heptahidratado e nitrato de zinco hexahidratado. Para cada precursor utilizado foram obtidos fotoanodos de filmes nanoestruturados com morfologias distintas com espessura da ordem de 10 µm, com orientação preferencial na direção do eixo basal <0002> e fotoanodos com o material particulado filtrado do banho químico. Estes fotoanodos foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica, fluorescência de raios X e difração de raio X. As DSSCs confeccionadas com fotoanodos de ZnO nanoestruturados mostraram que os mecanismos de transporte de cargas foram influenciados pela morfologia do ZnO. O material particulado originário dos sais de cloreto e nitrato de zinco apresentaram morfologia semelhante após a cominuição resultando em DSSCs semelhantes. A DSSC do pó de sulfato de zinco apresentou os melhores parâmetros elétricos e a maior eficiência (η = 0,71 ± 0,02 %).Artigo IPEN-doc 27413 Study of supercapacitors for use in dye sensitized solar cells2020 - SILVA, PAULA M. da; SERNA, MARILENE M.; GALEGO, EGUIBERTO; FARIA, RUBENS N.The storage of energy generated by photovoltaic system is one problem of it. In this aspect, integrated energy conversion and storage systems, IECSS, using supercapacitors are presented as a solution. Dye sensitized solar cell becomes a main candidate for use in IECSS due its variety of applications. Recent studies shown that zinc oxide (ZnO) is a natural candidate for use in solar cells and supercapacitor due to its high energy density of the order 650 A g-1. The aims of this paper were: i) the study of the influence of the morfology of nanostructured ZnO nanoparticles obtained by the hydrothermal method using distincts complexing agents: etylenediaminetetraacetic acid (EDTA); hexamethyltetramine (HMT) and diaminometanal (urea), besides commercial ZnO; ii) study of the ZnO and activated carbon at ratio X:Y of 10:90, 20:80 and 30:70 in proportion of mass (%) in the preparation of electrodes. The commercial ZnO, which presents particles with spherical and porous morphology, presented the best capacitance result 8.38 Fg-1 at 10:90 ratio, that demonstrates the ZnO is an excellent candidate for material for supercapacitor coupled with dye solar cell.Resumo IPEN-doc 25406 Estudo de adsorção de Eosin Y por eletroforese em ZnO nanoestruturado2018 - GALEGO, E.; SERNA, M.M.; SILVA, P.M.; BIGIO, J.C.; FARIA, R.N.Uma das etapas que requer maior tempo para produção de células sensibilizadas por corante é a adsorção do corante na nanoestrutura de ZnO impactando diretamente no custo de sua fabricação. Portanto, a minimização deste tempo sem perda da eficiência da célula é de vital importância para a implementação da fabricação em escala comercial. Este trabalho objetivou estudar a viabilidade do emprego da técnica de eletroforese para otimizar o tempo de adsorção do corante Eosin Y ou 2?,4?,5?,7?- Tetrabromofluorescein (C20H8Br4O5) no ZnO nanoestruturado crescido sobre lamina de vidro com superfície condutora (SnO) pelas técnicas SILAR (Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction ) e CBD (Chemical Bath Deposition) . O corante Eosin Y foi dissolvido em água e etanol, soluções estas que apresentam o comportamento de um coloide onde a molécula de Eosin Y é carregada negativamente quando em água e positivamente quando em etanol. Na eletroforese foram estudados os parâmetros: concentração da solução, densidade de corrente e o tempo de eletroforese. Na célula da eletroforese utilizou-se como contra eletrodo uma chapa de alumínio. A quantidade de corante adsorvido foi avaliada por espectrometria UV/Visível (Cary 5000) após a dessorção em solução de NaOH. A utilização da água como solvente limitou a tensão para valores inferiores a tensão de eletrólise da água, uma vez que para tensões acima deste valor foi observada a geração de bolhas no catodo o que causou a esfoliação da nanoestrutura de ZnO. Com o aumento da concentração do corante observou-se um decréscimo da tensão indicando que a água ainda pode ser empregada como um solvente eficaz. Não foi observada a formação de bolhas com a utilização de etanol como solvente, porém a tensão foi maior empregando-se a mesma densidade de corrente nos dois solvente. A quantidade de corante adsorvida foi da ordem de 10-8 M/cm2 com duração de 15 minutos, valor compatível com a adsorção obtida utilizando o método tradicional da imersão de 4 horas. Observou-se que condições ótimas de concentração do corante na solução, densidade de corrente e tempo para adsorção do corante Eosin Y dependeu do solvente. Conclui-se que a eletroforese mostrou ser um método eficaz para a adsorção do corante reduzindo o tempo desta etapa em um dezesseis avos (1/16).Resumo IPEN-doc 25402 Estudo de supercapacitores para emprego em células solares sensibilizadas por corante2018 - SERNA, M.M.; GALEGO, E.; SILVA, P.M.; TATEI, T.Y.; FARIA, R.N.Um dos problemas da geração de energia por células fotovoltaicas é o armazenamento para uso posterior. Neste sentido os supercapacitores se apresentam como uma solução viável ao problema. Estudos recentes mostram que o zinco é um candidato natural devido a sua alta densidade de energia que é da ordem de 650 A/g. As configurações utilizando supercapacitores planares ou em camada diretamente acoplados à célula solar sensibilizada por corante mostrou-se um caminho promissor de pesquisa. O objetivo deste trabalho foi o estudo de supercapacitores de ZnO e ZnO/carvão ativado para armazenamento de energia gerada por células solares sensibilizadas por corante. Os métodos SILAR (Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction), CBD (Chemical Bath Deposition) e hidrotermal foram utilizados para a obtenção de eletrodos nanoestruturados de ZnO planares e em camadas, respectivamente, usando como complexantes: ácido etileno diamíno tetra-acético (EDTA) , hexametiltetramina (HMT) e uréia. Para os capacitores planares as nanoestruturas obtidas foram impregnadas com MnO2, enquanto que para os tradicionais o eletrodo consistiu de uma mistura na razão de X:Y de ZnO/Carvão ativado, com X e Y em proporção (%) de massa de 10:90, 20:80 e 30:70. A voltametria cíclica foi o método empregado para a avaliação da performance dos eletrodos usando como eletrólito o NaSO4 a 1M. Os voltamogramas dos eletrodos produzidos por SILAR/CBD sem impregnação de ZnO mostrou que o ZnO não pode ser considerado como um material apto para uso em supercapacitores. Com a adsorção de óxidos como o MnO2 ao ZnO nanoestruturado crescido no eletrodo leva a ocorrência de reações redox responsáveis pela pseudo-capacitância, processo pelo qual a energia é armazenada. O processo hidrotermal produziu partículas com aspecto semelhante ao SILAR/CBD para todos os complexantes estudados. A razão ZnO/carvão ativado que apresentou melhores resultados foi na proporção de 30:70. No caso dos eletrodos produzidos por SILAR/CBD o melhor resultado foi obtido utilizando o HMT como complexante, o qual produziu um filme de nanorods com menor orientação e quantidade de ZnO. Portanto, a utilização de ZnO para produção de pseudo-capacitores a serem empregados em células solares sensibilizadas por corante mostrou-se como uma opção viável de baixo custo.