Dye-Sensitized Solar Cells Application of TiO2 Using Spirulina and Chlorella Algae Extract
Aplicação de TiO₂ em Células Solares Sensibilizadas por Corante Utilizando Extrato das Algas Spirulina e Chlorella
Autores:
- Maria Vitória França Corrêa;
- Gideã Taques Tractz *(Pesquisador NAPI);
- Guilherme Arielo Rodrigues Maia;
- Hagata Emmanuely Slusarski Fonseca;
- Larissa Oliveira Berbel;
- Lucas José de Almeida;
- Everson do Prado Banczek.
* Pesquisadores NAPI EZC
Publicado 03 de agosto de 2025
Abstract
The present study investigates dye-sensitized solar cells (DSSCs) incorporating natural extracts from the microalgae Spirulina and Chlorella as photosensitizers. TiO2-based electrodes were prepared and immersed in methanolic algae extracts for 24 and 48 h. UV–Vis spectroscopy revealed absorption peaks near 400 nm and 650 nm, characteristic of chlorophyll. Electrochemical analyses, including photochronoamperometry and open-circuit potential, confirmed the photosensitivity and charge transfer capabilities of all systems. The cell sensitized with Chlorella after 48 h of immersion exhibited the highest energy conversion efficiency (0.0184% ±0.0015), while Spirulina achieved 0.0105% ±0.0349 after 24 h. Chlorella’s superior performance is attributed to its higher chlorophyll content and enhanced light absorption, facilitating more efficient electron injection and interaction with the TiO2 surface. Although the efficiency remains lower than that of conventional silicon-based solar cells, the results highlight the potential of natural colorants as sustainable and low-cost alternatives for photovoltaic applications. Nonetheless, further, improvements are required, particularly in dye stability and anchorage, to improve device performance. This research reinforces the viability of natural photosensitizers in DSSC technology and supports continued efforts to optimize their application.
Resumo
O presente estudo investiga células solares sensibilizadas por corantes (DSSCs) incorporando extratos naturais das microalgas Spirulina e Chlorella como fotossensibilizadores. Eletrodos à base de TiO2 foram preparados e imersos em extratos metanólicos de algas por 24 e 48 horas. A espectroscopia UV-Vis revelou picos de absorção próximos a 400 nm e 650 nm, característicos da clorofila. Análises eletroquímicas, incluindo fotocronoamperometria e potencial de circuito aberto, confirmaram a fotossensibilidade e as capacidades de transferência de carga de todos os sistemas. A célula sensibilizada com Chlorella após 48 horas de imersão apresentou a maior eficiência de conversão de energia (0,0184% ± 0,0015), enquanto a Spirulina atingiu 0,0105% ± 0,0349 após 24 horas. O desempenho superior da Chlorella é atribuído ao seu maior teor de clorofila e à absorção de luz aprimorada, facilitando uma injeção de elétrons mais eficiente e uma interação mais eficaz com a superfície do TiO2. Embora a eficiência permaneça inferior à das células solares convencionais à base de silício, os resultados destacam o potencial dos corantes naturais como alternativas sustentáveis e de baixo custo para aplicações fotovoltaicas. Contudo, melhorias adicionais são necessárias, particularmente na estabilidade e ancoragem dos corantes, para aprimorar o desempenho dos dispositivos. Esta pesquisa reforça a viabilidade dos fotossensibilizadores naturais na tecnologia DSSC e apoia os esforços contínuos para otimizar sua aplicação.
Essa pesquisa
contribui para as seguintes ODS:
