Application of transition-metal-oxide-based nanostructured thin films on third generation solar cells

Um dos maiores desa os do nosso tempo e desenvolver formas para fornecer energia de forma sustent avel para atender uma demanda que cresce exponencialmente e que dever a crescer 56% at e 2040. Neste contexto, o uso de fontes limpas e sustent aveis de energia e um imperativo. Entre essas fontes, a energia solar e a unico que pode satisfazer a ne- cessidade total de energia do mundo, mesmo considerando o crescimento na demanda. A pot^encia solar incidente na superf cie da Terra a cada segundo e equivalente a 4 trilh~oes de l^ampadas de 100 watts. C elulas solares fotovoltaicas s~ao uma das v arias maneiras de aproveitar a energia solar, convertendo-a diretamente em eletricidade. Dispositivos com- erciais fotovoltaicos j a s~ao uma realidade, mas a sua participa c~ao na matriz energ etica mundial ainda e muito pequena, principalmente devido aos seus custos elevados. C elulas fotovoltaicas de nova gera c~ao abrem uma s erie de novas possibilidades para aplica c~oes de energia fotovoltaica que pode diminuir o custo total de produ c~ao de energia. Oxidos semicondutores de metais de transi c~ao s~ao materiais promissores que podem ser produzi- dos atrav es de m etodos de baixo custo e que possuem caracter sticas interessantes. Por conseguinte, o uso destes materiais em energia fotovoltaica de pr oxima gera c~ao se apre- senta com uma aplica c~ao promissora. Nesta tese de doutorado oxidos de zinco, tit^anio e van adio foram utilizados em c elulas solares de pr oxima gera c~ao. Filmes nos de oxido de zinco foram sintetizados por eletrodeposi c~ao e s ntese hidrot ermica. Os lmes foram apli- cados como eletrodos de trabalho em c elulas solares sensibilizadas por corante (DSSCS) altamente e cientes. Os lmes foram caracterizados por t ecnicas estruturais e oticas en- quanto que as c elulas foram testadas por medidas de corrente vs: voltagem e de e ci^encia qu^antica. A e ci^encia dessas c elulas atingiu 2,27% utilizando lmes nos de ZnO sem qualquer tratamento p os-deposi c~ao. Al em disso, corantes naturais extra dos de plan- tas do nordeste do Brasil foram aplicados como sensibilizadores em DSSCs montadas com TiO 2 comercial utilizado como eletrodo de trabalho. Os corantes naturais foram extra das empregando m etodos simples e foram caracterizados por espectroscopia de fotoel etrons excitados por raios X e por radia c~ao ultravioleta, XPS e UPS respectivamente. Seus alin- hamentos de banda se mostraram compat veis com o TiO 2 e com o eletrodo de regenera c~ao. A e ci^encia das DSSCs sensibilizadas com corantes naturais chegou a 1,33%. Finalmente, V 2 O 5 a base de agua foi usado como material transportador de buracos (HTM) em c elulas solares org^anicas (OSCs) convencionais e OSCs de pl astico constru das sem ITO. Os re- sultados obtidos com V 2 O 5 foram comparados com os resultados de c elulas constru das com PEDOT:PSS, que e o HTM mais utilizado. Esta compara c~ao revelou que o uso de V 2 O 5 como HTM pode levar a OSCs mais e cientes. A estabilidade destes dispositivos foi avaliada por testes aplicando os padr~oes ISOS-D-1, ISOS-L-1 e ISOS-O-1. O uso de ltros ultravioleta e de uma camada protetora de oxido de grafeno reduzido foi testado com o intuito de melhorar a estabilidade desses dispositivos. O uso de uma combina c~ao de ambos se mostrou a forma mais efetiva de melhorar a estabilidade das OSCs