dissertação
Miconanotecnologia: aplicações em células solares de terceira geração
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Universidade Federal de Lavras
Faculdade, Instituto ou Escola
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Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas – ICET
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-Graduação em Física
Agência de fomento
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extensão
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
O desenvolvimento de técnicas verdes na síntese de nanopartículas é de grande
importância para potencializar a aplicação de tais nanoestruturas em diversas áreas
do conhecimento. Na- nopartículas de materiais semicondutores com diâmetros
inferiores a 100 nm recebem o nome de pontos quânticos e apresentam propriedades
ópticas e eletrônicas dependentes de seus ta- manhos. Neste trabalho foi realizada a
síntese verde de pontos quânticos de CdS por meio dos fungos produtores de
pigmento Fusarium oxysporum e Penicillium flavigenum com o objetivo de aplicar
tanto os pigmentos produzidos quanto as nanoestruturas biossintetizadas em protó-
tipos de células solares híbridas, isto é, sensibilizadas por pigmentos e pontos
quânticos. Os fungos foram cultivados em meios de cultura líquidos próprios para
produção de seus pigmen- tos característicos e, na síntese de pontos quânticos, foram
utilizadas tanto a biomassa fúngica quanto o caldo pigmentado contendo os
metabólitos fúngicos, de forma que as nanoestruturas sintetizadas pelo caldo de
cultivo pigmentado estivessem dispersas nele e pudessem ser extraí- das juntamente
com o pigmento. Os protótipos de células solares híbridas foram construídos
utilizando vidros condutores FTO de área igual a 16cm² e nanopartículas de TiO 2 e o
polí- mero HPMC foram usados na construção dos filmes. Como eletrólito foi
utilizada uma solução I – /I 3 – e o contraeletrodo foi formado por fuligem de vela.
Como agentes sensibilizadores fo- ram utilizados extratos contendo, separadamente,
os pontos quânticos de CdS biossintetizados e pigmentos produzidos pelos fungos e
também a solução de pigmentos e pontos quânticos ex- traídos em um só passo. As
nanopartículas de CdS revelaram fluorescência quando expostas a radiação UV,
apresentando espectros característicos de absorção e IV e, por meio da análise de
MET, foi identificada uniformidade, formato predominantemente esférico e tamanhos
variando de 2 a 11nm. Os testes feitos com o auxílio de um multímetro em dias de
céu aberto e sol pleno revelaram que os protótipos sensibilizados somente pelos
pontos quânticos de CdS produziram tensões de circuito aberto variando entre
157mV e 280mV, ao passo que protótipos sensibili- zados pelos pigmentos fúngicos
produziram tensões de circuito aberto entre 179mV e 310mV. Por último, protótipos
sensibilizados pelos extratos de pontos quânticos e pigmentos atingiram a faixa de
tensão produzida de 447mV a 615,5mV, indicando que a combinação das nanoes-
truturas inorgânicas de CdS aos pigmentos fúngicos obteve melhores resultados de
absorção de luz quando comparada às duas outras técnicas aplicadas. Isso se deve à
ampliação do espec- tro de absorção da luz do Sol proporcionada pela hibridização
da estrutura pontos quânticos e pigmentos fúngicos.
Abstract
The development of green techniques in the synthesis of nanoparticles is of great
importance to potentialize the application of such nanostructures in several areas of
knowledge. Nanoparticles of semiconductor materials with diameters less than 100
nm are called quantum dots and have optical and electronic properties depending on
their size. In this work, the green synthesis of CdS quantum dots was performed
using the pigment-producing fungi Fusarium oxysporum and Penicillium flavigenum
in order to apply both the produced pigments and the biosynthesized nanostructures
in hybrid solar cell prototypes, that is, sensitized by pigments and quantum dots. The
fungi were cultivated in suitable liquid culture media for the production of their
characteristic pigments and, in the synthesis of quantum dots, both fungal biomass
and pigmented broth containing the fungal metabolites were used, so that the
nanostructures synthesized by the pigmented culture broth were used were dispersed
in it and could be extracted along with the pigment. Hybrid solar cell prototypes were
built using FTO conductive glasses with an area equal to 16cm² and TiO 2
nanoparticles and the polymer HPMC were used in the construction of the films. The
electrolyte consisted in a solution of I – /I 3 – and the counter electrode was formed by
candle soot. As sensitizing agents, extracts containing, separately, the biosynthesized
CdS quantum dots and pigments produced by fungi, as well as the solution of
pigments and quantum dots extracted in one step, were used. The CdS nanoparticles
showed fluorescence when expo- sed to UV radiation, presented characteristic
absorption and IR spectra and revealed, through TEM analysis, uniform distribution,
predominant spherical shape and sizes ranging from 2 to 11nm. Tests carried out
using a multimeter on clear skies and sunny days revealed that prototypes sensitized
only by CdS quantum dots produced an open circuit voltage between 157mV and
280mV, while prototypes sensitized by fungal pigments produced voltages ranging
between 179mV and 310mV. Finally, prototypes sensitized by quantum dot extracts
and pigments reached the voltages from 447mV to 615.5mV, thus indicating that the
combination between the CdS inorganic nanoparticles and fungal pigments revealed
a greater light absorption than the other two techniques used in this work. This is due
to the broadening of the Sun’s light absorption spectrum provided by the
hybridization of the quantum dot structure and fungal pigments.
Descrição
Área de concentração
Linha de pesquisa
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
Palavras-chave
Miconanotecnologia, Síntese verde, Nanotecnologia verde, Pontos quânticos, Fungos produtores de pigmento, Células solares híbridas, Células solares de terceira geração, Myconanotechnology, Green synthesis, Green nanotechnology, Quantum dots, Pigment-producing fungi, Hybrid Solar Cells, Third generation solar cells
ISBN
DOI
Citação
FREITAS, H. R. Miconanotecnologia: aplicações em células solares de terceira geração. 2021. 70 p. Dissertação (Mestrado em Física) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2021.
