Objetivos:

Utilizar métodos teórico-computacionais baseados em Mecânica Quântica para a simulação e cálculo das propriedades físico-químicas de um sistema de fotocélula de película orgânica contendo uma combinação de TiO2-Alq3-Catecol (substrato, corante e ligante), buscando determinar se essa composição de substâncias seria viável em uma fotocélula orgânica.

Introdução:

Desde que o efeito fotoelétrico foi descoberto, buscou-se uma maneira de usar o imenso potencial energético do sol para suprir nossa demanda crescente de energia. As primeiras fotocélulas foram feitas com materiais semi-condutores como silílico, mas uma nova geração das mesmas usando corantes orgânicos a um custo muito mais baixo é uma das apostas para o futuro da geração de energia através de meios não-poluentes.

Métodos:

As estruturas otimizadas no estado fundamental e excitado da molécula Alq3-TiO2 foram calculadas usando o programa Gaussian, através do método CIS. O pacote de simulções VASP/VAMP foi usado para se determinar a estrutura do estado fundamental e dinâmico de sistemas Alq3-Catecol. O método semi-empírico Hückel estendido (EH) foi usado para calcular a estrutura eletrônica e para realizar simulações de dinâmica quântica de transferências eletrônicas entre o Alq3-Catecol e o TiO2.

Resultados:

Os métodos computacionais foram aplicados às moléculas de Alq3, simulando as transições eletrônicas prováveis após a determinação da sua estrutura. Os resultados obtidos para as primeiras 16 transições de uma maneira geral são consistentes com a literatura, com as energias associadas iniciando na faixa do ultra-violeta próximo.

As simulações apontam que a ligação da molécula de Alq3 ao catecol e deste ao substrato de TiO2 fará com que o ocorram transições eletrônicas em comprimentos de onda maiores, dentro do espectro visível, condição desejável para uma fotocélula na superfície terrestre.

Conclusões:

A maior parte da energia solar que atinge a superfície da Terra está na faixa visível do espectro (comprimento de onda entre 700 e 400 nm). Assim, uma fotocélula que atue nessa faixa espectral provavelmente terá maior eficiência. A composição Alq3-Catecol-TiO2 atende essa exigência, mas outros fatores ainda devem ser considerados, como a velocidade de injeção dos elétrons excitados do corante no substrato, a eficiência da regeneração do corante pelo solvente da fotocélula, além da comparação de custo/benefício com outras montagens de substrato-corante-solvente.