Células solares sensibilizadas por corante

1. Preparação da pasta TiO₂

1. Masse 6 g de pó de TiO₂ coloidal, e coloque-o em uma argamassa.
2. Adicione cuidadosamente 2-3 mL de vinagre ao TiO₂, e comece a moer a suspensão com o pilão até que uma pasta uniforme seja obtida. A moagem serve para quebrar aglomerados agregados no pó.
3. Continue adicionando vinagre, em ~ incrementos de 1 mL durante a moagem, até ~ 9 mL de volume total. Antes de cada adição, a consistência da pasta deve ser uniforme e livre de caroços. A pasta final deve ser grossa, mas não tão grossa que não possa ser espremida de uma garrafa de caixas.
4. Adicione 1 gota de sabão de prato a 1 mL de água destilada, misture delicadamente.
5. Adicione a solução de sabão de prato à suspensão TiO₂ e misture delicadamente, tomando cuidado para não produzir bolhas.
6. Deixe a suspensão equilibrar por 15 minutos. O sabão de prato serve como um surfactante, para ajudar a tornar a suspensão mais facilmente espalhada em um filme uniforme no vidro.

2. Deposição de TiO₂ no Vidro

1. Limpe dois slides de vidro condutores. Mergulhe um kimwipe com etanol e use-o para limpar duas lâminas de vidro condutoras. Coloque os slides limpos em um kimwipe fresco.
2. Determine qual lado do vidro é condutivo. Usando um conjunto de multímetros para ohms, toque ambos leva a um lado do vidro. Se uma leitura entre 10 e 30 Ω é observada, é o lado condutor. Uma leitura de 0 Ω indica o lado não condutor.
3. Mascarar o slide. Coloque um deslizamento de vidro com seu lado condutor para cima e o outro com seu lado condutor para baixo. Mantendo cuidadosamente os slides tocando, fita os slides de vidro para o topo do banco. Coloque fita em três dos quatro lados dos slides, certificando-se de que ~ 5-8 mm do slide esteja coberto por fita em cada um dos três lados(Figura 4). Pressione a fita com firmeza, para garantir que não haja bolhas de ar.
4. Aplique a pasta TiO_2. Usando uma haste de vidro, aplique uma fina linha de pasta através da borda superior mascarada do slide. Use a haste de vidro para enrolar cuidadosamente a pasta pelo comprimento do slide e voltar para cima. Repita este movimento 2-3x sem levantar a haste, ou até que um filme uniforme seja obtido.
   1. Se o filme não for uniforme, basta limpá-lo com um kimwipe, limpar o vidro com etanol, e uma vez seco, tente novamente.
5. Deixe o filme secar um pouco e, em seguida, remova cuidadosamente a fita do vidro. O slide com o filme TiO₂ deve estar no lado condutor. O outro slide pode ser limpo e usado posteriormente.
6. Anneal, o filme TiO_2. Coloque cuidadosamente o slide (TiO₂ lado para cima) em uma placa quente que está definida para 450 °C. Observe como o TiO_{2 escurece} para uma cor roxa/marrom, e recupera sua cor branca. Neste ponto, desligue a placa de aquecimento e deixe o filme esfriar lentamente. Se o slide for resfriado muito rapidamente, ele pode quebrar ou quebrar.
7. Com uma régua, meça a superfície coberta com o filme, e observe esse valor.

Figura 4. Depoimento de TiO₂ em vidro.

3. Manche o filme TiO₂ com corante

1. Coloque algumas amoras, framboesas ou cerejas em uma argamassa e esmague-as com um pilão.
2. Filtre a solução através de um filtro de café e em uma placa de Petri. Pode ser necessário adicionar alguns mL de água ao suco.
3. Coloque o filme TiO₂ resfriado, de lado para baixo na placa de Petri. Tenha cuidado para não riscar nenhum TiO₂. Permita que o corante seja adsorvido no filme. Isso pode levar vários minutos.
4. Uma vez que o filme esteja totalmente revestido (deve ser vermelho escuro ou roxo e não há manchas brancas), levante o slide com pinças (tenha cuidado apenas para endurecer o vidro e não o filme), e enxágue o escorregador com água, depois etanol. Borricar o filme seco com um kimwipe, e usar imediatamente.
   1. Se não for usado imediatamente, então armazene o filme em uma placa de Petri que contenha ácido acético no pH 3-5, e cubra a placa com a tampa e enrole em papel alumínio.

4. Prepare o eletrodo de contador

1. Usando outra lâmina de vidro condutora, siga os passos 2.1-2.2.
2. Aplique o catalisador de carbono no lado condutor. Usando pinças, segure o slide, lado condutor para baixo, sobre a ponta de um queimador Bunsen. Mova o slide para que a fuligem se colete em toda a superfície, mas por não mais do que 30 s. Deixe o slide esfriar e limpe a fuligem ao longo de um lado do escorregador com um cotonete.
   1. Alternativamente, usando um lápis HB, cubra toda a superfície condutora com grafite. Isso dá um eletrodo mais robusto, mas que tem um desempenho menos bom.

5. Montar a Célula Solar

1. Seque o filme manchado. Enxágüe com etanol e coloque-o em um kimwipe. Limpe suavemente o filme com um segundo kimwipe. O filme deve estar seco para não impactar a solução de eletrólitos.
2. Com o lado do filme de eletrodo para cima, coloque suavemente o eletrodo revestido de carbono em cima (cara de carbono para baixo). Certifique-se de compensar os slides para que as laterais expostas de ambos os eletrodos possam ser cortadas em fios. Coloque dois clipes de aglutinante nas laterais adjacentes ao vidro offset.
3. Coloque algumas gotas da solução de eletrólitos ao longo de uma borda dos slides e abra/feche cuidadosamente cada lado da célula, abrindo/fechando alternadamente os clipes da pasta. Certifique-se de que toda a área manchada esteja em contato com a solução de eletrólitos e repita o passo 5.2, se necessário.
4. Limpe o excesso de eletrólitos das áreas expostas usando kimwipes e etanol.
5. Aperte clipes de jacaré para os dois lados expostos da célula solar.

6. Medição do desempenho celular

Nota: Idealmente, essas medidas devem ser feitas lá fora. No entanto, se o tempo não está permitindo, eles podem ser feitos dentro usando uma lâmpada halógena. Todas as medições devem ser feitas sem movimento da célula para que sejam realizadas em condições idênticas.

1. Certifique-se de orientar a célula para que o filme TiO₂ esteja voltado para o sol, e coloque uma tampa de policarbonato sobre a célula. Isso protege a célula contra danos uv.
2. Conecte o eletrodo negativo (vidro revestido TiO₂₎ao fio negativo do multimetro, e o eletrodo positivo (C) ao fio positivo do ultrômetro(Figura 5).
3. Coloque o multimetro em volts e meça a tensão. Este é o potencial do circuito aberto (tensão máxima em corrente zero). Cubra a célula (com uma mão ou um objeto sólido) para garantir que a tensão diminua.
4. Defina o mímetro em miliamperes (mA) e meça a corrente máxima. Esta é a corrente de curto-circuito (corrente máxima a zero tensão). Cubra a célula com (com uma mão) para garantir que a corrente diminua.
5. Registo uma curva de tensão de corrente completa usando um potencialiômetro de 500 Ω como carga variável.
   1. Determine qual o chumbo no potencialiômetro é a torneira central. Este chumbo permite que a resistência seja variada. Para isso, conecte o multímetro (definido para ohms) a dois dos leads no potencialiômetro, e varie a resistência no potencialiômetro. Observe se a resistência mudar. Repita isso com as outras duas combinações de leads. Alterações na resistência devem ser observadas em duas das três combinações. O chumbo que foi usado em ambas as combinações que deram mudanças é o toque central, e os outros dois são funcionalmente idênticos.
   2. Monte o circuito como mostrado na Figura 5 (à direita).
   3. Defina o potencialiômetro para a resistência completa (ou zero) e observe a corrente e a tensão.
   4. Altere a resistência no potencialiômetro em pequenos incrementos e observe a corrente e a tensão para que haja vários pontos que abrangem toda a gama do potencialiômetro. Certifique-se de não mover a célula durante essas medições. Uma vez que a corrente comece a mudar, certifique-se de coletar muitos pontos de dados; menos pontos de dados podem ser obtidos quando é constante.

Figura 5. Diagrama de circuito para medir o potencial de circuito aberto e a corrente de curto-circuito (esquerda, passos 6.3 e 6.4), e para gravar a curva I-V (direita).