UNESP Bauru desenvolve um método de deposição de camadas semicondutoras de sulfeto de cobalto baseado num precursor químico hidrossolúvel

TINTA Á BASE D’AGUA PARA DEPOSITAR CONTRA ELETRODOS DE SULFETO DE COBALTO PARA CÉLULAS SOLARES BASEADAS EM CORANTES

No laboratório de novos materiais e dispositivos (LNMD) da UNESP de Bauru, o grupo de pesquisa do Prof. Dr. Carlos Frederico de Oliveira Graeff desenvolveu um método de deposição de camadas semicondutoras de sulfeto de cobalto baseado num precursor químico hidrossolúvel. Esta nova abordagem nasceu da necessidade de eliminar completamente os solventes orgânicos da rota de fabricação dos contra eletrodos (CEs) de sulfeto de cobalto. Especialmente, saindo do ambiente laboratorial, e pensado na produção industrial é fácil entender o quanto possa ser vantajoso utilizar um sistema de deposição baseado em água. As principais vantagens de utilizar a agua no lugar de outros solventes são o baixo custo, o mínimo impacto ambiental, a não toxidade e a disponibilidade. Inclusive muitos solventes orgânicos, especialmente os clorados, são regulamentados na maioria dos países industrializados e seu utilizo é restrito. Isto é devido ao forte impacto que os solventes têm no meio ambiente. Os únicos sistemas de deposição de sulfeto de cobalto baseados em agua, relatados na literatura, utilizavam eletrodeposição e, na maioria deles, era presente uma grande quantidade de tiouréia. O uso da eletrodeposição tem muitas limitações quando aplicada a substratos não metálicos. De fato, o FTO bem como o ITO e outro substratos condutores transparentes, têm resistências de folha bem maiores se comparadas com metais. Isto pode dificultar a obtenção de camadas uniformes por eletrodeposição considerando que a resistência cresce com a distância do ponto de aplicação da corrente/potencial, numa grande superfície. Por estes motivos, no âmbito industrial é melhor escolher um sistema que seja compatível com técnicas de impressão tais como screen-printing, doctor blade e roll-to-roll. Estas técnicas podem ser integradas em sistemas de produção em série. O precursor químico utilizado nesta nova aplicação foi um complexo de Co2+ e ácido tioglicólico (ligando). Em particular foi escolhido este material devido a sua grande facilidade de preparação e ao seu baixo custo. Outra vantagem oferecida por este precursor químico é a baixa temperatura de decomposição (250-300°C). Foram obtidos eletrodos de CoS amorfo, com ótima aderência ao substrato, estabilidade química e elevada eficiência catalítica com diferentes eletrólitos. Foco especial foi dado à aplicação de nossos eletrodos de CoS com eletrólitos sem iodo-iodeto. Os eletrólitos considerados foram o ferroceno (FCE), o [Co(byp)3]2+/3+ (CoLE) e também o eletrólito para QDSSC baseado em polissulfeto de sódio (PSE). Esta pesquisa foi desenvolvida em colaboração com os colegas italianos da CHOSE e foi sucessivamente publicada na revista Solar Energy em 2015 (CONGIU et al., 2015). Estes eletrodos foram utilizados também em células solares do tipo p. Nestes experimentos demostramos a versatilidade do eletrodo podendo ele funcionar tanto como anodo quanto como catodo na célula solar (CONGIU et al., 2016).

CONGIU, M. et al. A novel and large area suitable water-based ink for the deposition of cobalt sulfide films for solar energy conversion with iodine-free electrolytes. Solar Energy, v. 122, p. 87–96, dez. 2015.

CONGIU, M. et al. Cobalt Sulfide as Counter Electrode in p-Type Dye-Sensitized Solar Cells. ChemistrySelect, v. 1, n. 11, p. 2808–2815, 2016.

Daniela Caceta
Sobre Daniela Caceta 44 Artigos
Atua no Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais.