Pesquisa e Desenvolvimento em Células Solares de TiO₂ Nanocristalino Sensibilizado por Corantes Naturais da Região do Semiárido

Descrição

O projeto "Pesquisa e Desenvolvimento em Células Solares de TiO₂ Nanocristalino Sensibilizado por Corantes Naturais da Região do Semiárido" tem como objetivo principal desenvolver e caracterizar células fotoeletroquímicas no Campus do Sertão da UFAL, utilizando corantes extraídos de biomassa local. Diferentemente das células solares de silício convencionais, que sofrem queda drástica de eficiência em temperaturas elevadas (>40°C) e possuem alto custo de fabricação, as células solares de TiO₂ nanocristalino sensibilizado por corante ( do inglês Dye-Sensitized Solar Cells - DSSC) apresentam menor dependência térmica na geração de corrente e desempenho superior em condições de luz difusa, características ideais para o clima do Semiárido [1]. Além disso, este projeto alinha-se aos princípios da Economia Circular, substituindo corantes sintéticos caros por extratos naturais de frutas e plantas nativas da região, uma estratégia que vem ganhando destaque na literatura recente para redução de custos e impacto ambiental [2]. As DSSCs, também conhecidas como células solares de Grätzel, consistem em uma arquitetura fotoeletroquímica onde uma superfície nanoporosa de TiO₂ , sobre um substrato condutor transparente, é sensibilizada por um corante. A luz excita elétrons do corante, que são injetados na banda de condução do TiO₂ [3]. O processo é regenerativo, mas limitado por recombinações entre portadores de carga. Compreender e mitigar essa cinética de recombinação é crucial para aumentar a eficiência, sendo alvo de estudos contemporâneos que utilizam espectroscopia de impedância para elucidar esses mecanismos [4]. Neste projeto, os estudantes aprenderão técnicas avançadas de síntese de materiais, extração de pigmentos e caracterização eletroquímica. Pretende-se realizar uma triagem sistemática de corantes naturais (antocianinas, clorofila, carotenoides) provenientes de espécies regionais, comparando sua eficiência com modelos teóricos de injeção eletrônica. Serão utilizadas ferramentas computacionais (G3Data, Xmgrace, Qtiplot) para análise de curvas I-V e modelagem de parâmetros como Fator de Preenchimento (FF), Eficiência (η), Voltagem de Circuito Aberto (V_oc) e Corrente de Curto-Circuito (J_sc). Adicionalmente, investigar-se-á o uso de eletrólitos para melhorar a estabilidade térmica e evitar a evaporação de solventes em ambientes quentes, um desafio crítico para a comercialização dessas tecnologias [5, 6]. O aprendizado experimental ocorrerá no Laboratório de Energia Solar do Campus do Sertão, envolvendo alunos de Engenharia Civil e Engenharia de Produção. A longo prazo, o projeto visa fortalecer o Grupo de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico em Energia e Recursos Naturais (GPDTERN), subsidiando a criação de cursos de pós-graduação e fomentando a autonomia energética no interior de Alagoas.