Corantes sensibilizadores de células solares : estudo das propriedades eletrônicas de complexos de rutênio(II)

• Main Author: Salvador, Érica de Liandra
• Other Authors: Mello, Paula Homem de
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: 2017
• Subjects: COMPLEXOS DE RUTÊNIO(II); CÉLULAS SOLARES SENSIBILIZADAS POR CORANTES; DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS; DYES-SENSITIZED SOLAR CELLS; RUTHENIUM(II) COMPLEXES; PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA/QUÍMICA - UFABC
• Online Access: http://www.biblioteca.ufabc.edu.brhttp://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=106685

Orientadora: Profa. Dra. Paula Homem de Mello === Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2017. === Pesquisas sobre dispositivos fotovoltaicos têm como objetivo aumentar sua eficiência, durabilidade e baixar seus custos de fabricação. Entre os dispositivos fotovoltaicos estão as células solares sensibilizadas por corantes (DSSC). Sendo o corante um dos parâmetros mais estudados e importantes das DSSC, este trabalho teve como objetivo principal estudar, utilizando métodos de química computacional, as propriedades eletrônicas de alguns corantes baseados em complexos de rutênio(II). Neste trabalho, as propriedades eletrônicas do N3 (cis-Ru[(dcbH2)2(NCS)2], dcbH2 = ácido 2,2¿-bipiridina-4,4¿-dicarboxílico), foram calculadas e comparadas com isômeros do N719 (N3 duplamente desprotonado) e com corantes mono (mMS) e dimetil substituídos (dMS), em relação aos grupos carboxílicos do N3. Os resultados sugerem que os isômeros do N719 se encontram em equilíbrio à temperatura ambiente. Os grupos mMS, dMS e desprotonados derivados do N3 apresentam menores energias de oxirredução, quando o metil ou o carboxilato, respectivamente, estão localizados em oposição à bipiridina. A correlação com dados experimentais dos corantes N3, C101, N945 e K19 sugere que as diferenças de energias de orbitais e grupos doadores/aceptores afetam a eficiência da DSSCs. Para ter um parâmetro de comparação entre os níveis de energia eletrônicos do corante e as bandas do semicondutor, foi realizado o cálculo de TD-DFT para o cluster Ti42O77H18. O estudo metodológico para verificar o efeito de diferentes funcionais e da inclusão do efeito do solvente na obtenção do espectro eletrônico de absorção mostrou que podem ocorrer variações significativas. Os funcionais M06 e B3LYP se mostraram bastante adequados para a previsão do gap HOMO-LUMO, mas para a previsão do espectro como um todo, o funcional CAM-B3LYP é o mais adequado para os complexos de rutênio(II) aqui estudados. === Research on photovoltaic devices aims to increase their efficiency and durability, as well as lower their manufacturing costs. Among the photovoltaic devices, there are the dyes-sensitized solar cells (DSSC). The dye is one of the most studied and important parameter of DSSC; so, in this work, we had as main objective to study, using computational chemistry methods, the electronic properties of some dyes based on ruthenium(II) complexes. In this work, the electronic properties of N3 (cis-Ru[(dcbH2)2(NCS)2], dcbH2 = 2,2'-bipyridine-4,4'-dicarboxylic acid) were calculated and compared with N719 isomers (N3 double-deprotonated), mono (mMS) and dimethyl substituted (dMS) dyes. The results suggest that N719 isomers are in equilibrium at room temperature. The mMS, dMS and deprotonated N3-derived groups exhibit lower oxidation energy when methyl or carboxylate, respectively, are located in opposition to bipyridine group. Correlation with experimental data of N3, C101, N945 and K19 dyes suggest that differences in orbital energies and donor / acceptor groups affect the efficiency of DSSCs. In order to establish a comparison parameter between the electronic energy levels of the dye and the semiconductor bands, the calculation of TD-DFT for the Ti42O77H18 cluster was performed. The methodological study to verify the effect of different functionals and the inclusion of the solvent effect in obtaining the electronic spectrum showed that significant variations can occur. M06 and B3LYP functionals are recommended to estimate HOMO-LUMO gap, but CAM-B3LYP functional is the most suitable for the prediction of the whole spectrum characteristics for the ruthenium(II) complexes studied here.