TEZĂ DE DOCTORAT - · PDF filespectroscopia FT-IR şi spectrofotometria UV-Vis. Depunerea nanoparticulelor de TiO2 a fost efectuată pe cale termică, după care

MINISTERUL EDUCAŢIEI ȘI CERCETĂRII ȘTIINȚIFICE

UNIVERSITATEA VALAHIA DIN TÂRGOVIŞTE

IOSUD – ŞCOALA DOCTORALĂ DE ŞTIINŢE INGINEREȘTI

Domeniul: INGINERIA MATERIALELOR

TEZĂ DE DOCTORAT

CONDUCĂTOR DE DOCTORAT:

Prof.univ.dr. Rodica-Mariana ION

DOCTORAND :

Andrei CHILIAN

TÂRGOVIŞTE

2015





CERCETĂRI PRIVIND CONVERSIA FOTOVOLTAICĂ A

ENERGIEI SOLARE PRIN FOTOSENSIBILIZARE SPECTRALA

CU NANOMATERIALE



DOCTORAND :

Andrei CHILIAN

TÂRGOVIŞTE

2015

1

CUPRINS

CAPITOLUL 1. DEMERSUL EPISTEMOLOGIC AL

CERCETĂRII

1.1. Contextul cercetării

1.2. Structura tezei

3

3

3

CAPITOLUL 2. MATERIALE ŞI TEHNICI DE OBŢINERE A

CELULELOR FOTOVOLTAICE SENSIBILIZATE CU

COLORANŢI (DSSC)

2. 1. Structura celulelor fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi

5

5

CAPITOLUL 3. PARTEA EXPERIMENTALĂ

3.1. Materiale utilizate la fabricarea celulelor fotovoltaice

sensibilizate cu coloranţi

3.1.1. Materiale conductoare transparente folosite la

fabricarea celulelor fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi

3.1.1.1. Oxidul de staniu (SnO2:F)

3.1.1.2. Oxidul de zinc (ZnO)

3.1.2. Materiale folosite pentru obţinerea elementului de tip n

3.1.2.1. Oxidul de titan (TiO2)

3.1.3. Materiale folosite pentru obținerea elementului de tip p

3.1.3. Materiale utilizate pentru obţinerea electroliţilor

3.2. Obținerea şi caracterizarea coloranților naturali

3.2.1. Obţinerea coloranţilor naturali

3.2.2. Caracterizarea coloranţilor naturali folosiţi în fabricarea

DSSC

3.2.2.1. Stabilitatea antocianilor la lumină

3.3. Caracterizarea microscopică şi chimică a TCO folosite la

fabricarea electrozilor în DSSC

3.3.1. Oxid de staniu dopat cu fluor (SnO2:F)

3.4. Caracterizarea nanoparticulelor de TiO2 prin SEM

3.6.1. Caracterizarea pudrelor de TiO2 folosite în fabricarea

DSSC

7

7

7

7

8

8

8

9

10

10

10

10

12

13

13

15

15

2

3.5. Proprietățile electrice şi optice ale materialelor conductoare

transparente pe bază de SnO2:F

3.5.1. Caracterizarea electrică a materialelor conductoare

transparente

3.5.2. Determinarea rezistenţei electrice totale a suprafeţei prin

metoda Van der Pauw

3.5.3. Caracterizarea optică a materialelor conductoare

transparente

3.6. Caracterizarea coloranților porfirinici folosiți la fabricarea

celulelor fotovoltaice sensibilizate cu coloranți (DSSC)

3.7. Caracterizarea nanoparticulelor de TiO2 folosite în DSSC

prin NAA, AFM şi XRD

3.8. Criterii de performanță pentru electroliţii folosiţi la

fabricare DSSC

3.9. Parametri de performanță electrică a celulelor fotovoltaice

sensibilizate cu coloranți organici (DSSC)

3.9.1. Noțiuni generale privind parametrii electrici ai celulei

fotovoltaice sensibilizate cu coloranți (DSSC)

3.9.2. Prepararea celulelor fotovoltaice sensibilizate cu

coloranți (DSSC)

3.9.3. Caracterizarea celulelor fotovoltaice sensibilizate cu

coloranți

3.9.3.1 Celule fotovoltaice sensibilizate cu TPP-Pd

3.9.3.2. Celule fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi

naturali

3.9.3.3. Concluzii

16

16

17

18

20

23

26

27

27

28

28

28

29

30

CAPITOLUL 4. CONCLUZII. CONTRIBUŢII. PERSPECTIVE 31

BILBIOGRAFIE 33

3

CAPITOLUL 1.

DEMERSUL EPISTEMOLOGIC AL CERCETĂRII

1.1. Contextul cercetării

Lupta după energie a omului se pare că nu se va termina niciodată [1]. De mii de ani,

acesta a exploatat sau a încercat să exploateze toate tipurile de energie posibilă. Secolul XX

este poate perioada celor mai mari aspiraţii ale omului către acest tip de resursă. După cum se

cunoaşte, tot ”luxul” tehnologic de care dispunem în momentul de faţă, de la mijloacele de

transport moderne la calculatoare ultraperformante, este un consumator major de energie.

Problema impactului asupra mediului ambiant al diferitelor tehnologii de producere a energiei

s-a pus abia în ultimele decenii, când îngrădirea accesului la resursele tradiţionale şi o serie de

schimbări climatice au pus în cauză tehnologiile de producere şi utilizare a energiei [2].

Combustibilii fosili, materialele radioactive pe parcursul istoriei au produs o serie de efecte

asociate [3], neașteptate: afectarea stratului de ozon [4], accentuarea efectului de seră [5 - 7],

încălzirea globală [8 - 10], accidente nucleare [11 - 13] şi altele. Omul, fiinţa raţională, dar şi

neraţională de-a lungul timpului în exploatarea resurselor, în ultimii ani a identificat

posibilitatea utilizării unor forme alternative de producere a energiei [14; 15], între care se

poate cea mai promiţătoare este energia solară [16; 17].

Scopul acestei lucrări este de a îmbunătăţi nivelul cunoaşterii în domeniul celulelor

fotovoltaice, iar mai cu seamă a celulelor fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi. Cum acest tip

de celule fotovoltaice pot fi mai uşor de realizat la un cost foarte redus, se lucrează la mărirea

eficienţei de conversie ale acestora şi durata de viaţă cât mai mare.

1.2. Structura tezei

Această teză de doctorat întitulată „Cercetări privind conversia fotovoltaică a

energiei solare prin fotosensibilizare spectrala cu nanomateriale” este alcătuită din 4

capitole, ce cuprinde un studiu teoretic bogat cu privirea la obţinerea celulelor fotovoltaice

sensibilizate cu coloranţi şi partea experimentală ce face referire la această tematică.

CAPITOLUL 1 descrie poziţionarea epistemologică a cercetării, incluzând

problematica şi obiectivul cercetării, ipotezele, tehnicile experimentale şi statistice folosite în

achiziţia şi interpretarea datelor şi structura tezei.

CAPITOLUL 2 defineşte partea teoretică a acestui studiu privind obţinerea celulelor

fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi organici, incluzând descrierea şi modul de obţinere a

materialelor, direcţii de perfecționare a acestora, mecanismul de conversie a luminii solare în

4

curent electric. În acest capitol se pune mult accent pe identificarea metodelor cât mai ieftine

şi practice de obţinere a celulelor fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi organici.

CAPITOLUL 3 este cea mai voluminoasă parte a acestei cercetări, cuprinzând

rezultatele obţinute în urma demersurilor făcute pentru a atinge ipotezele acestui studiu. În

acest capitol, au fost incorporate informaţiile privind materialele utilizate, metodele analitice

de obţinere a rezultatelor, metode statistice de interpretare a rezultatelor obţinute.

Au fost descrise metodele de extracţie a coloranţilor naturali din diverse probe şi

principalele proprietăţi ale acestora. De asemenea, a fost studiat comportamentul acestora la

lumină şi la schimbarea pH-ului, rezultatele fiind monitorizate prin spectrofotometria UV-Vis.

Coloranţii porfirinici folosiţi în acest studiu au fost caracterizaţi din punct de vedere al

performanţelor optice prin spectrofotometria UV-Vis, iar informaţii privind structura lor a fost

obţinută prin spectroscopia FT-IR.

Nanoparticulele de TiO2 au fost investigate prin analiza cu activare de neutroni (AAN),

microscopia electronică cu baleiaj (SEM) şi prin cristalografia de difracţie cu raze X (XRD).

Materialele conductoare transparente au fost analizate prin microscopia electronică cu

baleiaj (SEM), spectrofotometria UV-Vis. De asemenea, pe acestea au fost efectuate

măsurători electrice.

Electroliții preparaţi (LiI/I2, NaI/I2, KI/I2) în soluţie alcoolică au fost investigaţi prin

spectroscopia FT-IR şi spectrofotometria UV-Vis.

Depunerea nanoparticulelor de TiO2 a fost efectuată pe cale termică, după care

depunerile au fost analizate prin microscopie cu forţă atomică (AFM), spectrofotometrie UV-

Vis şi cristalografie de difracţie cu raze X (XRD).

Testarea parametrilor electrici a celulelor fotovoltaice a fost efectuată folosind surse de

lumină de putere diferită.

CAPITOLUL 4 cuprinde concluziile generale privind această teză de doctorat,

accentuând elementele de noutate. În acest capitol sunt evidenţiate şi elementele principale de

originalitate din teză.

5

CAPITOLUL 2.

MATERIALE ŞI TEHNICI DE OBŢINERE A CELULELOR

FOTOVOLTAICE SENSIBILIZATE CU COLORANŢI (DSSC)

Dacă din punct de vedere ştiinţific, dezvoltarea şi studiul tuturor formelor de celule

fotovoltaice prezintă interes, economia globală este orientată spre celule fotovoltaice cât mai

eficiente şi cât mai ieftine. Practic, din clasificarea de mai sus, ar rezulta că cele mai interesante

celule fotovoltaice din acest punct de vedere sunt cele de generaţia III-a [18]. Pentru a dezvolta

tehnologia de producţie a celulelor fotovoltaice până la parametrii caracteristici acesteia (cost

mic de producţie şi eficienţa de conversie cât mai mare) [19], se lucrează mult la perfecţionarea

celulelor fotovoltaice din generaţiile mai vechi (generaţia I şi II), unele dintre acestea fiind în

stadii timpurii de dezvoltare, cum sunt DSSC [20].

Din cadrul celulelor fotovoltaice de generaţia II, un mare interes prezintă cele care sunt

sensibilizate cu coloranţi organici [21]. Costul destul de mic al materialelor componente

acestora şi evoluţia legată de perfecţionarea parametrilor de conversie din ultimii ani (a ajuns

la 14 %, conform NREL [22]), atrage atenţia multor oameni de ştiinţă asupra acestor forme de

celule fotovoltaice.

În esenţă, principiul acestui tip de celule constă în sensibilizarea unor nanoparticule de

oxid de metal (TiO2, ZnO) la lumina solară [23 - 26], care, în prealabil, au absorbit pe suprafaţa

materialului semiconductor un colorant fotoactiv. După apariţia lucrării lui Brian O’regan şi

Michael Gratzel ”A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitizied colloidal TiO2

films” în revista Nature, în 1991 [19], s-a produs un boom în domeniul celulelor fotovoltaice

sensibilizate cu coloranţi organici. De altfel, conform Google Academic, articolul respectiv are

peste 14000 de citări [27]!

Dacă s-ar reuşi crearea unor celule fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi organici

competitive pe piaţă [28], atunci utilizarea celulelor fotovoltaice pe bază de siliciu s-ar

restrânge la aplicaţii mai puţin accesibile DSSC-urilor, cum ar fi spre exemplu, vehiculele şi

tehnologiile spaţiale [29].

2.1. Structura celulelor fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi

După cum s-a menţionat anterior, structura celulelor fotovoltaice sensibilizate cu

coloranţi organici este relativ simplă. Principalele componente ale acestea sunt (Figura 1) [30;

31]:

6

- anodul pe bază de un conductor transparent (ITO, FTO, ZnO),

- un strat de nanoparticule de TiO2 sau ZnO,

- un colorant organic (coloranţi organici pe bază de ruteniu, cu alţi ioni metalici,

fără ioni metalici sau cei naturali),

- un electrolit (de obicei se foloseşte electrolit pe bază de iodură),

- un catod (pe bază de platină sau aur, dar poate fi un catod pe bază de conductori

transparenţi care au pe suprafaţă un strat foarte fin de platină).

Figura 1. Ilustrarea principiului de funcţionare şi structura celulelor fotovoltaice sensibilizate cu

coloranţi organici [32]

7

CAPITOLUL 3.

PARTEA EXPERIMENTALĂ

3.1. Materiale utilizate la fabricarea celulelor fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi

3.1.1. Materiale conductoare transparente folosite la fabricarea celulelor fotovoltaice

sensibilizate cu coloranţi

3.1.1.1. Oxidul de staniu (SnO2:F)

Sticla acoperită cu oxid de staniu folosită în aplicaţiile fotovoltaice poate fi obţinută

prin APCVD [33 - 35]. Temperatura substratului este menţinută la 650 oC, iar filmele cresc cu

o morfologie texturată a suprafeţei. De cele mai multe ori, ca dopant se foloseşte fluorul,

rezultând SnO2:F. Rezistenţa filmului poate varia între 5 – 8 ∙ 10-4 Ωcm. SnO2:F din comerţ are

un coeficient de absorbţie optică destul de ridicat în domeniul vizibil (400 – 600 cm-1).

Comparativ cu ZnO, este mai stabil termic şi inert chimic. Filmele de oxid de staniu sunt uşor

de redus în plasmă de hidrogen, astfel crescând absorbţia optică. Temperaturile ridicate de

procesare au un efect pozitiv în îmbunătăţirea proprietăţilor filmelor de SnO2 folosit la

fabricarea panourilor fotovoltaice. [36]

SnO2 are o structură relativ simplă, foarte asemănătoare cu cea a rutilului (TiO2).

Fiecare atom de staniu este înconjurat de 6 atomi de oxigen în reţea octaedrică, iar fiecare atom

de oxigen este legat de alţi atomi de staniu în acelaşi plan. (Figura 2) Banda de decalaj a acestuia

este de 3,6 eV şi directă. [37, 38]

Figura 2. Structura cristalină a SnO2 [38]

8

3.1.1.2. Oxidul de zinc (ZnO)

Oxidul de zinc poate exista în mai multe forme, caracterizate de structuri cristaline

diferite: rocksalt [39], zinc blenda [40] şi wurtzitul [41] (Figura 3).

În stare naturală, oxidul de zinc are structura cristalină hexagonală de wurtzit.

Densitatea acestuia este de 5,675 g/cm-3. [42]

Figura 3. Tipurile de structuri cristaline caracteristice ZnO: a) rockasalt, b) blenda, c) wurtzit. [43]

Legătura ZnO are un grad foarte ridicat de polaritate, datorită şi faptului că oxigenul

are o electronegativitate foarte mare. [42]

Deşi există foarte multe proprietăţi interesante legate de acest material [44; 45], pentru

această teză de doctorat cel mai important aspect este utilizarea acestuia în cadrul celulelor

fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi organici.

ZnO poate fi folosit cu uşurinţă în calitate de element de tip n, datorită concentraţiei

ridicate de electroni (1020/cm-3). De asemenea, nanoparticulele de ZnO pot fi preparate foarte

uşor cu costuri foarte reduse prin diverse metode. [43]

3.1.2. Materiale folosite pentru obţinerea elementului de tip n

În fabricarea celulelor fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi (DSSC), unul din cele mai

importante puncte este alegerea materialului potrivit pentru fabricarea fotoanodului [46 - 48].

Această componentă trebuie să aibă bandă de conducţie, densitate mare de electroni pentru a

evita recombinarea acestora, suprafaţă mare şi să fie un semiconductor. În aşa fel, este asigurată

absorbţia maximă a luminii de către moleculele de colorant, ne fiind afectate proprietăţile

electrice a substratului. [49]

3.1.2.1. Oxidul de titan (TiO2)

Datorită naturii poroase a dioxidului de titan nanocristalin (TiO2), depunerile de acest

material au o suprafață mare de adsorbție a moleculelor de colorant și asigură nivelurile

necesare de energie pentru interfața semiconductor-colorant. Nivelul de energie mai scăzut a

9

benzii de conducție față de nivelul de energie a colorantului permite o injecție eficientă de

electroni de la colorant la semiconductor. [49]

În general, în celulele fotovoltaice sensibilizate cu coloranți (DSSC) este folosit TiO2

sub formă de anataz. Acesta are o stabilitate ridicată și o bandă de decalaj mare. [50 - 52]

3.1.3. Materiale folosite pentru obținerea elementului de tip p

Elementul de tip p în cazul celulelor fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi este un

colorant fotoactiv.

Există mai multe categorii de coloranţi fotoactivi:

- coloranţi naturali [53; 54];

- coloranţi organici pe bază de ruteniu [55; 56];

- coloranţi porfirinici cu cationi metalici [57; 58];

- coloranţi organici fără cationi metalici. [59]

Cel mai mare randament de conversie a luminii în curent electric este dat de coloranţii

organici pe bază de ruteniu, dar având în vedere costul ridicat al ruteniului (acesta fiind un

metal din grupa platinei), se caută alternative mai ieftine acestor coloranţi.

O conversie foarte ridicată a luminii în curent electric este asigurată şi de coloranţii

porfirinici. În ultimul timp, prin cercetările ştiinţifice în domeniu au fost descoperiţi o mulţime

de coloranţi porfirinici foarte eficienţi.

O altă grupă importantă de coloranţi sunt coloranţii organici fără cationi metalici.

Această categorie este foarte diversificată cuprinzând diverşi coloranţi precum coloranţi

cianinici, fenotiazinici, cumarinici, indolici şi alţii.

Coloranţii cei mai ieftini sunt cu siguranţă cei naturali. Multitudinea de surse naturale

şi metodele relativ simple de extracţie a acestora din materialul vegetal, îi face un concurent

potenţial pentru celelalte grupe de coloranţi. Marele dezavantaj al acestora este eficienţa foarte

scăzută de conversie şi stabilitatea mai mică la factorii fizico-chimici.

În această teză de doctorat, coloranţii utilizaţi în fabricarea celulelor fotovoltaice au fost

naturali şi porfirinici.

Din categoria coloranţilor naturali au fost folosiţi antocianii, din diverse surse precum:

varza roşie, vânăta, afinele, rodia, prunele.

Din grupa coloranţilor porfirinici, în acest studiu au fost utilizaţi 7 coloranţi porfirinici

cu cationi metalici şi un colorant porfirinic fără cation metalic.

10

3.1.4. Materiale utilizate pentru obţinerea electroliţilor

Electrolitul este o parte foarte importantă a unei celule fotovoltaice sensibilizate cu

coloranţi. Rolul acestuia este de a regenera moleculele de colorant oxidate şi de a finaliza

circuitul electric prin medierea electronilor de un electrod la celălalt. Electrolitul trebuie să aibă

o conductivitate electrică mare pentru a asigura schimbul de sarcină între electrod opus şi

materialul semiconductor (nanoparticulele de TiO2). [60 - 62]

Un factor cheie pentru un solvent este ca acesta să nu se piardă prin scurgeri, să aibă

stabilitate termică, chimică, electrochimică şi optică lungă. În nici un caz electrolitul nu trebuie

să aibă absorbanţă în domeniul absorbţiei colorantului. [63; 64]

Există 3 categorii de electroliţi utilizaţi în prezent pentru fabricarea celulelor

fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi [65]:

- electroliţii lichizi I-/I3- pe bază de solvenţi organici (în general acetonitril);

- electroliţi lichizi anorganici ionici pe bază de săruri sau amestec de săruri;

- electroliţi solizi.

Cei mai utilizaţi electroliţi lichizi sunt cei pe bază de NaI, LiI şi R4NI în solvenţi precum

acetonitrilul, carbonatul de propilenă, propionitrilul sau etanolul. Deşi în trecut a fost încercat

ca solvent apa şi au fost obţinute cu ajutorul acesteia rezultate bune, aceasta nu este

recomandată ca solvent datorită instabilităţii pe termen lung a iodurii, care în prezenţa apei

trece în iodat (𝐼𝑂3−) fără să se mai formeze triiodura. Acest lucru reduce din performanţa celulei

fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi. [66]

3.2. Obţinerea şi caracterizarea coloranților naturali

3.2.1. Obţinerea coloranţilor naturali

Pentru obţinerea coloranţilor naturali a fost folosită extracţia lichid-solid. În calitate de

solvent a fost utilizat un amestec din alcool etilic (C2H5OH): acid acetic (CH3COOH): apă

(H2O) de 70:7:23 (părţi de volum).

Extracţia s-a efectuat la întuneric timp de 5 zile.

Au fost obţinute extracte din coajă de prune, rodie, afine, varză roşie.

3.2.2. Caracterizarea coloranţilor naturali folosiţi în fabricarea DSSC

Principala tehnică analitică utilizată pentru investigarea extractelor a fost

spectrofotometria UV-Vis. Cu ajutorul acesteia au fost analizate extractele pentru a înţelege

proprietăţile optice ale acestora şi modul de interacţiune cu lumina solară.

Cea mai mare absorbanţă a avut-o extractul de afine (Figura 4). Aceasta a înregistrat

valori ale absorbanţei mai mari de 3 pe domeniul 190 – 600 nm.

11

Figura 4. Spectrul UV-Vis al extractului de afine.

Tabelul 1. Corelaţii de tip Pearson dintre spectrele UV-Vis ale extractelor de afine, prune, rodie şi varză roşie

ExAfine ExPrune ExRodie ExVarzaRosie

ExAfine 1 0,811** 0,761** 0,619**

ExPrune 0,811** 1 0,885** 0,854**

ExRodie 0,761** 0,885** 1 0,818**

ExVarzaRosie 0,619** 0,854** 0,818** 1

**. P < 0,01. N=4551

Din corelaţiile de tip Pearson (Tabelul 1) aplicate pe spectrele extractelor de afine,

prune, rodie şi varză roşie se pot observa cele mai importante corelaţii între spectrul extractului

de rodie şi spectrul extractului de prune (0,885, p < 0,01). Din Figura 4 se poate observa că

cele mai multe valori ale absorbanţei de peste 3 sunt la spectrul extractului de afine, de

importanţă majoră sunt corelaţiile cu spectrul acestuia.

Astfel, spectrul extractului de afine corelează în următoarea ordine cu celelalte spectre:

extract de prune (0,811, p < 0,01) > extract de rodie (0,761, p < 0,01) > extract de varză roşie

(0,619, p < 0,01).

După cum s-a menţionat mai sus extractul de varză roşie are cele mai slabe performanţe

optice faţă de extractul de afine.

0

1

2

3

4

5

6

7

0 200 400 600 800 1000 1200

Ab

sorb

anţă

Lungime de undă (nm)

12

3.2.2.1. Stabilitatea antocianilor la lumină

Cum lumina este necesară pentru funcţionarea DSSC-urilor, aceasta trebuie văzută şi

ca un factor negativ care ar putea duce la degradarea în timp a antocianilor. Pentru aceasta, s-a

studiat efectul luminii asupra extractelor după intervale diferite de expunere la aceasta.

Figura 5. Spectrele UV-VIS ale extractelor iradiate timp de 1, 2, 3, 4 h la o sursă de lumină de 40 W.

Ca surse de lumină s-au folosit un bec cu filament de wolfram de 40 şi altul de 60 W.

Iradierea s-a făcut pe extract pentru diferite perioade de timp: la becul de 40 W (1, 2, 3, 4 h)

(Figura 5) şi la becul de 60 W (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 h).

Conform Figurii 5, se poate concluziona o creştere a transmitanţei la lungimea de undă

de 430 nm. Această lungime de undă corespunde E-chalconei. Deşi din grafic pare că durata

iradierii influenţează absorbanţa acestui compus şi deci şi concentraţia de acest compus în

extract, iradierea la 60 W arată date contradictorii.

Pentru a verifica dacă în extract au avut loc transformări chimice sub acţiunea luminii,

este nevoie de o analiză statistică a datelor.

Durata de iradiere este atribuită componentei 1 (-0,656), dar se pare că aceasta are un

efect destul de mic asupra extractelor (în ceea ce privește conținutul de antociani). De

asemenea, se poate concluziona că creşterea duratei de iradiere, scade transmitanţa la lungimile

de undă analizate. Acest lucru poate semnifica creşterea concentraţiei de aceste specii chimice

în extract sub acţiunea luminii.

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

190.00 390.00 590.00 790.00 990.00

40 w 1 h

40 w 2 h

40 w 3 h

40 w 4 hTran

smit

anţă

(%

)

Lungime de undă (nm)

13

3.3. Caracterizarea microscopică şi chimică a TCO folosite la fabricarea

electrozilor în DSSC

3.3.1. Oxid de staniu dopat cu fluor (SnO2:F)

Pentru îndeplinirea părţii experimentale, s-a folosit oxid de staniu dopat cu fluor (FTO,

Sigma Aldrich). Conform producătorului este vorba de fapt de o sticlă acoperită cu un strat de

SnO2:F. Datorită proprietăţilor excepţionale ale acestui material de tip oxid conductor

transparent (TCO), descrise mai detaliat în primul referat, acesta poate fi folosit cu succes în

construcţia DSSC.

Pentru studiul topografiei suprafeţei s-a folosit tehnica Microscopiei Electronice cu

Baleaj (SEM). Interpretarea imaginilor SEM, după cum spun mulţi autori, nu necesită prea

multe cunoştinţe în domeniu şi astfel cercetătorul individual poate să-şi facă o părere primară

privind rezultatul.

Pentru o bună caracterizare a suprafeţei s-a lucrat cu tensiuni < 5 kV. Aplicarea unor

tensiuni mai mari se foloseşte numai atunci când se doreşte să se afle informaţii legate de

compoziţia şi structura internă a materialului. Tensiunea aleasă pentru caracterizarea suprafeţei

materialului FTO a fost de 2 kV.

Modificând gradul de amplificare de la 1,00 KX la 100,00 KX (Figura 7), se poate

observa uniformitatea suprafeţei materialului. La gradul de amplificare de 1,00 KX se pot

observa nişte pete pe suprafaţa materialului, apariţia acestora poate fi datorată mai multor

factori (Figura 6).

Figura 6. Topografia suprafeţei materialului FTO (SnO2:F) la gradul de amplificare 1 KX şi tensiunea

de 2 kV, folosind semnalul combinat al electronilor secundari şi cei retroîmrăştiaţi.

14

Figura 7. Topografia suprafeţei materialului FTO (SnO2:F) la gradul de amplificare 100 KX şi

tensiunea de 2 kV, folosind semnalul combinat al electronilor secundari şi cei retroîmrăştiaţi.

Figura 8. Spectrele determinărilor XRF efectuate pe materialul FTO

Alegând 6 puncte pe o distanţă de aproximativ 6 µm, cu o distanţă între puncte de

aproximativ de 1 µm, s-a determinat compoziţia chimică în aceste puncte folosind tehnica

fluorescenţei cu raze X (XRF). Gradul de amplificare a fost ales de 50 KX.

Prin analiza XRF (Figura 8) au fost identificate 4 elemente chimice majoritare :

- Staniu (Sn);

15

- Oxigen (O);

- Siliciu (Si);

- Calciu (Ca).

Tabelul 2. Analiza componentelor principale efectuată pe rezultatele analizei compoziţiei chimice a

SnO2:F conform poziţiile din fig.

Component

1 2

O -0,967 -0,252

Si 0,852 0,517

Ca 0,164 0,986

Sn 0,998 0,045

Atribuirea Sn şi O aceleaşi componente demonstrează faptul că scăderea concentraţiei

de Sn (0,998) din material duce la creşterea concentraţiei de oxigen (-0,967), chiar şi într-un

material în care sunt prezenţi aproape numai oxizi. Dacă materialul ar fi alcătuit din SnO2 de

puritate 100 % (teoretic), fracţiunea de oxigen ar fi de 21,23 %, cum fracţiunea de oxigen în

material este de 26,79 %, acest lucru demonstrează şi prin PCA că creşterea concentraţiei de

staniu este legată de scăderea concentraţiei de oxigen (Tabelul 2).

3.4. Caracterizarea nanoparticulelor de TiO2 prin SEM

3.4.1. Caracterizarea pudrelor de TiO2 folosite în fabricarea DSSC

Nanoparticulele de TiO2 sunt un element-cheie în ceea ce priveşte DSSC-urile. Ca şi în

cazul materialelor folosite pentru fabricarea electrozilor, nanoparticulele repsective necesită un

studiu de suprafaţă. Eficienţa celulelor fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi (DSSC) depinde

foarte mult de dimensiunea nanopariculelor de TiO2. Cu cât diamterul acestora este mai mic,

cu atât creşte mai mult suprafaţa de contact dinte acestea şi colorantul fotosensibil.

Cea mai potrivită analiză de suprafaţă este Microscopia Electronică cu Baleiaj (SEM).

Prin SEM au fost analizate 3 probe de TiO2 (2 probe de puritate analitică şi 1 de calitate

tehnică). Notaţiile folosite pentru aceste pudre: PA1; PA2; PT1.

Lucrând la tensiunea de 3 kV şi gradul de amplificare de 1 KX, pe proba PA1 se pot

observa formaţiunile foarte mici de TiO2, distribuite neuniform. La 10 KX, particulele par de

aceiaşi dimensiune, distribuite în aglomerate de diverse dimensiuni. La 50 KX, în imagine

apare o formaţiune alcătuită din particule de TiO2 de câţiva microni în diametru. La un grad de

amplificare mai mare se pot desluşi mai bine particulele de TiO2 şi se poate observa chiar şi

16

forma acestora. Această pudră are particulele de dimensiuni între aprox. 100 – 500 nm (Figura

9).

Figura 9. Dimensiunile particulelor de TiO2 (PA1) văzute la tensiunea de 3 kV şi gradul de amlificare

de 100 KX.

3.5. Proprietăţile electrice şi optice ale materialelor conductoare transparente pe

bază de SnO2:F

Faptul că la celulele fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi (DSSC), absorbţia luminii

are loc nu la suprafaţa ansamblului, ci în interiorul acestuia, complică selecţia materialelor care

ar putea îndeplini 2 condiţii: să fie transparente şi să fie conductoare electric.

Materiale investigate în acest studiu, şi anume plăcuţele de sticlă acoperite cu un strat

de SnO2:F, îndeplinesc într-o măsură destul de bună aceste condiţii.

3.7.1. Caracterizarea electrică a materialelor conductoare transparente

Identificarea defectelor suprafeţei conductoare este un important punct în studiul

acestor materiale [67], folosite la fabricarea celulelor fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi

(DSSC). Există diverse posibilităţi de identificare ale acestora:

- prin compararea parametrilor electrici în diferite porţiuni ale suprafeţei;

- prin compararea compoziţiei chimice în diverse puncte ale suprafeţei;

- prin compararea structurii suprafeţei în diverse puncte ale suprafeţei;

- prin compararea transmitanţei în diferite zone ale suprafeţei.

Caracterizarea electrică a materialelor conductoare transparente este foarte importantă

pentru că o rezistenţă prea mare în unele porţiuni ale materialului pot duce la pierderi de energie

electrică şi astfel scade eficienţa ansamblului întreg de a transforma lumina solară în curent

electric.

17

Pentru a caracteriza materialul din punct de vedere s-a folosit 2 metode:

- măsurarea rezistenţei suprafeţei materialului cu ajutorul multimetrului în 2

puncte;

- măsurarea rezistenţei suprafeţei materialului cu ajutorul a 2 multimetre în 4

puncte (metoda Van der Pauw).

3.5.2. Determinarea rezistenţei electrice totale a suprafeţei prin metoda Van der Pauw

Determinarea rezistenţei electrice totale a suprafeţei (Rs) oferă o imagine generală

privind electrodul.

Prin metoda Van der Pauw se poate determina rezistenţa electrică a suprafeţei unui film

(Rs). Cunoscând rezistenţa electrică şi grosimea stratului conductor depus, se pot determina cu

uşurinţă rezistivitatea (ρ) şi conductivitatea acestuia (σ).

Această metodă are câteva avantaje majore:

- Poate fi aplicată pentru măsurătorile de rezistivitate, chiar şi atunci când nu este

cunoscută geometria probelor;

- Poate fi aplicată determinarea rezistivităţii materialelor semiconductoare, dar şi

a celor superconductoare.

Figura 10. Modul de asamblare a circuitului pentru determinarea rezistenţei electrice a suprafeţei prin

metoda Van der Pauw.

Prin metoda Van der Pauw au fost caracterizate 4 plăcuţe de SnO2:F (Figura 10),

procurate din comerţ. Producătorul garanta pentru aceste materiale o valoare maximă a

rezistenţei electrice a suprafeţei de 7 Ω/suprafaţă. Experimental, s-a observat că rezistenţa

electrică a suprafeţei (RS) pentru aceste plăcuţe este mult mai mică (max. 2,930 Ω/suprafaţă

pentru FTO 2, Tabelul 3).

18

Tabelul 3. Caracteristicile electrice ale materialelor conductoare transparente pe bază de SnO2:F,

determinate prin metoda Van der Pauw

FTO 1 FTO 2 FTO 3 FTO 4

Tensiunea (mV) UAD = 66,5

UAB = 67,5

UBC = 69,8

UDC = 64,4

UAD = 65,4

UAB = 63,5

UBC = 67,2

UDC = 66,9

UAD = 66,4

UAB = 61,5

UBC = 59,9

UDC = 68,3

UAD = 61,5

UAB = 64,8

UBC = 64,7

UDC = 63,8

Intensitatea (mA) IBC = 104

IDC = 105

IAD = 109

IAB = 101

IBC = 99,8

IDC = 102

IAD = 103

IAB = 102

IBC = 101,5

IDC = 96

IAD = 93,5

IAB = 110

IBC = 99

IDC = 100,9

IAD = 100,2

IAB = 99,5

Rezistenţa (Ω) RDA,BC = 0,639

RAB,CD = 0,643

RBC,DA = 0,640

RCD,AB = 0,638

RDA,BC = 0,655

RAB,CD = 0,623

RBC,DA = 0,652

RCD,AB = 0,656

RDA,BC = 0,654

RAB,CD = 0,641

RBC,DA = 0,641

RCD,AB = 0,621

RDA,BC = 0,621

RAB,CD = 0,642

RBC,DA = 0,646

RCD,AB = 0,641

Rezistenţa pe

orizontală, Rhorizontal

(Ω)

Rhorizontal = 0,640 Rhorizontal = 0,639 Rhorizontal = 0,631 Rhorizontal = 0,642

Rezistenţa pe

verticală, Rvertical

(Ω)

Rvertical = 0,640 Rvertical = 0,654 Rvertical = 0,647 Rvertical = 0,633

Rezistenţa

suprafeţei, RS

(Ω/suprafaţă)

RS = 2,901 RS = 2,930 RS = 2,897 RS = 2,890

După cum arată valorile obţinute, se poate menţiona că materialele obţinute au fost

obţinute prin aceeaşi tehnică şi, posibil, sunt din acelaşi lot.

3.5.3. Caracterizarea optică a materialelor conductoare transparente

Performanța materialelor conductoare transparente în ceea ce privește transmitanța

optică este recunoscută. Acest domeniu, datorită varietății de aplicații, se extinde expansiv,

incluzând noi materiale din această categorie. [68, 69]

În prezentul studiu, oxidul de staniu dopat cu fluor (SnO2:F, cunoscut și sub abrevierea

de FTO, de la Fluoride-doped Tin Oxide) a fost folosit pentru dezvoltarea aplicațiilor de

conversie a energiei solare în energie electrică. Acest material este caracterizat de o

transmitanță optică ridicată pe un domeniu mare, atingând pe unele porțiuni ale domeniului

spectral de 80 %.

19

Testele de transmitanţă au fost efectuate folosind spectrofotometrul UV-Vis Analytik

Jena Specord 250 plus, din cadrul Laboratorului de Apă Uzată Târgovişte, Compania de Apă

Tărgovişte – Dâmboviţa.

În această teză de doctorat, acest material a fost caracterizat din punct de vedere al

eficienței electrice în celulele fotovoltaice sensibilizate cu coloranți (DSSC).

Prin spectrofotometria UV-Vis s-au studiat parametrii optici a 4 plăcuțe de SnO2:F,

notate cu FTO 1, FTO 2, FTO 3, FTO 4.

Figura 11. Transmitanţa SnO2:F (FTO1) înainte (FTO1 Poziţiile 1, 2, 3, 4) şi după depunerea TiO2

(FTO1 cu TiO2).

Investigațiile privind eficiența optică a electrozilor din SnO2:F au fost efectuate în

pozițiile 1, 2, 3, 4, notate cu albastru, (înainte de depunerea nanoparticulelor de TiO2) și poziția

notată cu roșu (după depunerea nanoparticulelor de TiO2).

Prin metode statistice, s-au identificat zonele cu transmitanță optică anormală (fiind

vorba de zonele cu transmitanță mai redusă). Acestea afectează eficiența de conversie a luminii

solare în energie electrică.

După cum se vede din Figura 11, transmitanța optică în cele 4 puncte (înainte de

depunerea nanoparticulelor de TiO2) are cu aproximație aceiași tendință. Se observă că

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 200 400 600 800 1000 1200

FTO1 Pozitia 1

FTO1 Pozitia 2

FTO1 Pozitia 3

FTO1 Pozitia 4

FTO1 cu TiO2

Tra

nsm

itan

ţa(%

)

Lungimea de undă (nm)

20

materialul acesta are o transmitanță mai mare de 60 %, începând cu lungimea de undă de 400

nm. Mai jos de această lungime de undă, transmitanța optică este mult mai redusă, iar sub

lungimea de 300 nm este apropiată de 0 %.

Deşi, după cum s-a vorbit mai înainte, rezistenţa suprafeţei plăcuţelor (RS) descrie

ansamblul întreg, acest indicator corelează foarte puţin cu transmitanţa şi cu rezistenţa medie

obţinută prin metoda în 2 puncte.

Tabelul 4. Corelaţiile de tip Pearson dintre Rs, RMedie, Tmedie

RS RMedie TMedie (fara

FTO3_3)

TMedie (cu

FTO3_3)

RS 1 0,435 -0,450 -0,565

RMedie 0,435 1 -0,976* -0,853

TMedie (fara FTO3_3) -0,450 -0,976* 1 0,735

TMedie (cu FTO3_3) -0,565 -0,853 0,735 1

*. Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed). N = 4

Corelaţia inversă puternică (-0,976, p < 0,05) dintre transmitanţa (cu excluderea poziţiei

FTO3_3, văzută ca un punct diferit faţă de celelalte conform analizei componentelor

principale) şi rezistenţa medie (obţinută prin media tuturor valorilor rezistenţei măsurate pe

fiecare plăcuţă în parte), semnifică că aceşti 2 indicatori sunt legaţi (Tabelul 4).

3.6. Caracterizarea coloranților porfirinici folosiți la fabricarea celulelor

fotovoltaice sensibilizate cu coloranți (DSSC)

Un element extrem de important într-o celulă fotovoltaică sensibilizată cu coloranţi

(DSSC) este chiar colorantul. Deşi şi alte părţi ale acestui ansamblu interacționează cu lumina

solară, „startul” procesului de transformare a luminii solare în curent electric începe cu

elementul p. În funcţie de domeniul de absorbţie al acestuia, scade sau creşte eficienţa de

conversie.

Cei mai buni coloranţi folosiţi la fabricarea DSSC-urilor rămân a fi coloranţii pe bază

de ruteniu, un metal din familia platinei. [70] Faptul acestea nu pare a fi un avantaj luând în

calcul că ruteniul este un metal destul de scump.

Acest lucru a favorizat cercetările spre identificarea unor coloranţi mai ieftini, dar care

să aibă măcar aceleaşi proprietăţi ca coloranţii pe bază de ruteniu. Studiile într-atât au evoluat

încât în industria fabricării celulelor fotovoltaice pe bază de coloranţi au intrat coloranţii

porfirinici. [71]

21

Acest tip de coloranţi a fost inspirat din natură, urmând exemplul clorofilei. Aceasta stă

la baza vieţii pe Pământ, transformând din timpuri străvechi lumina în energie chimică.

Savanţii au ajuns la concluzia că costurile pentru prepararea unui astfel de colorant sunt

mult mai reduse faţă de alţi coloranţi analogi (cei de ruteniu), iar colorantul porfirinic YD-2

poate mări eficienţa conversiei luminii solare în energie electrică la un randament de până 11

%. [72] Acest lucru poate constitui un argument esenţial în înlocuirea coloranţilor pe bază de

ruteniu cu cei porfirinici, luând în calcul că unul din cei mai eficienţi coloranţi pe bază de

ruteniu Z991 produce o eficienţă de conversie a energiei solare în cea electrică de până la 12,3

%. [73]

Figura 12. Colorantul porfirinic – Tetrafenilporfirina (TPP)

Există mai multe avantaje legate de folosirea acestor coloranţi:

- Foarte multe legături de tip π în moleculă, ceea ce măreşte probabilitatea

absorbţiei cuantelor de lumină;

- Solubilitate redusă în solvenţii polari: apă, alcool etilic, ceea ce poate mări

durata de funcţionare a celulelor fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi pe baza

faptului că colorantul rămâne stabil fixat pe suprafaţa elementului n

(nanoparticulele de TiO2);

- Cost mult mai redus faţă de alţi coloranţi, care produc aceeaşi eficienţă de

conversie a luminii în energie electrică;

- Mod de obţinere destul de facil;

- Gamă largă de coloranţi cu domeniul de absorbţie destul de variat.

În prezentul studiu, au fost studiați coloranţii porfirinici (Figura 12-14): TPP

(tetrafenilporfirina), TPP-Zn (tetrafenilporfirina de zinc), TPP-Cd (tetrafenilporfirina de

cadmiu), TPP-Pd (tetrafenilporfirina de paladiu), TPP-Pb (tetrafenilporfirina de plumb), TPP-

22

Cu (tetrafenilporfirina de cupru), TPP-Mg (tetrafenilporfirina de magneziu), TNP-Mg

(tetranaftilporfirina de magneziu).

Figura 13. Metaloporfirina pe bază de tetrafenilporfirină, unde Me este un metal bivalent (în acest

experiment: Cu, Cd, Zn, Pb, Pd, Mg)

Pentru a putea investiga proprietăţile optice ale coloranţilor porfirinici, au fost preparate

soluţiile, dizolvând masa de fiecare de colorant într-un solvent pe bază de cloroform şi alcool

etilic (1:1 v/v).

Figura 14. Tetranaftilporfirina de Mg

Investigaţiile efectuate pe coloranţi s-au făcut prin spectroscopia FT-IR (cu ajutorul

spectrometrului Bruker Vertex 80, de la ICSTM, Universitatea Valahia din Târgovişte, Tabelul

5) şi spectrofotometria UV-Vis (cu ajutorul spectrofotometrului Analytik Jena Specord 250

plus, de la Laboratorul de Apă Uzată Târgovişte, Compania de Apă Târgovişte - Dâmboviţa).

Prin spectroscopia FT-IR s-a încercat identificarea grupărilor din structura fiecărei porfirine,

iar cu ajutorul spectrofotometriei UV-Vis s-a investigat nu numai spectrul de absorbţie al

23

fiecărei porfirine, dar şi concentraţia optimă de colorant porfirinic pentru o conversie cât mai

eficientă.

3.7. Caracterizarea nanoparticulelor de TiO2 folosite în DSSC prin NAA, AFM şi

XRD

Pulberile de TiO2 folosite în acest studiu au fost notate cu TiO2-A (proba de TiO2,

puritate 99 %), TiO2-B (nanoparticule de TiO2), TiO2-C (TiO2 tehnic).

Determinarea compoziției chimice a nanoparticulelor de TiO2 s-a făcut prin activare cu

neutroni la Institutul Unificat de Cercetări Nucleare de la Dubna, Rusia.

Scopul determinării a fost de a studia diferențele dintre mai multe pudre de TiO2. Este

interesant de menționat că conform rezultatelor analizelor obținute (Tabelul 76), conținutul de

Ti din TiO2 tehnic (TiO2-C) pare a fi cel mai ridicat, iar conținutul de alte impurități comparativ

cu celelalte probe este mai redus (ex. în această probă nu au fost identificate nici Cl și nici Ca).

Ca compoziție chimică această probă s-ar asemăna foarte mult cu proba de TiO2 (p > 99 %), în

afară de faptul că TiO2 (p > 99 %) conține și Cl, iar conținutul de I este de aproape 3 ori mai

redus față de TiO2 tehnic.

Se poate menționa că toate cele 3 probe sunt substanțe de o puritate foarte ridicată cu

un conținut relativ redus de impurități:

- TiO2 (p > 99 %) conține < 0,008 % impurități;

- TiO2 (TiO2-B) conține < 0,05 % impurități;

- TiO2 tehnic (TiO2-C) conține < 0,02 % impurități.

Pentru determinarea formei alotropice a oxidului de titan din pulberi înainte şi după

depunerea acestora pe plăcuţele de SnO2:F, acestea au fost studiate prin cristalografia de raze

X. Acest studiu s-a efectuat cu ajutorul difractometrului Rigaku Ultima IV, de la Universitatea

Valahia din Targoviste.

Pentru celulele fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi de mare interes este anataza. [74;

75]

24

Tabelul 5. Peak-urile caracteristice coloranţilor identificate din spectrele FT-IR şi grupările funcţionale posibile din coloranţi

TPP TPP-Cu TPP-Pb TPP-Cd TPP-Pd TPP-Zn

Număr de

undă

Gruparea

funcţională

posibilă

Număr de

undă

Gruparea

funcţională

posibilă

Număr de

undă

Gruparea

funcţională

posibilă

Număr de

undă

Gruparea

funcţională

posibilă

Număr de

undă

Gruparea

funcţională

posibilă

Număr de

undă

Gruparea

funcţională

posibilă

700 cm-1 N-H 800 cm-1 700 cm-1 N-H 700 cm-1 N-H 700 cm-1 N-H 660 cm-1

800 cm-1 C-Cl 1000 cm-1 800 cm-1 C-Cl 790 cm-1 C-Cl 800 cm-1 C-Cl 700 cm-1 C-Cl

964 cm-1 =C-H 1465 cm-1 C-C

aromatic 985 cm-1 =C-H 860 cm-1 N-H 966 cm-1 =C-H 752 cm-1 =C-H

1072 cm-1 C-N 1558 cm-1 C-C 1072 cm-1 C-N 993 cm-1 1074 cm-1 C-N 800 cm-1 C-Cl

1178 cm-1 C-O 1654 cm-1 -C=C- 1380 cm-1 1072 cm-1 C-N 1188 cm-1 C-O 1001 cm-1

1350 cm-1 C-H 2360 cm-1 1471 cm-1 C-C aromatic 1200 cm-1 C-O 1400 cm-1 1066 cm-1 C-N

1471 cm-1 C-C

aromatic 2854 cm-1 C-H 1647 cm-1 -C=C- 1460 cm-1

C-C

aromatic 1475 cm-1 C-C aromatic 1174 cm-1 C-O

1558 cm-1 C-C 2920 cm-1 C-H 2854 cm-1 C-H 1596 cm-1 C-C

aromatic 1595 cm-1 C-C 1338 cm-1

1654 cm-1 -C=C- 3437 cm-1 OH alcoolic 2925 cm-1 C-H 2364 cm-1 1656 cm-1 -C=C- 1440 cm-1 C-C aromatic

2854 cm-1 C-H 2958 cm-1 C-H 2854 cm-1 C-H 2374 cm-1 1485 cm-1 C-C aromatic

2925 cm-1 C-H 3448 cm-1 OH alcoolic 2925 cm-1 C-H 2856 cm-1 C-H 1593 cm-1 C-C aromatic

3450 cm-1 OH alcoolic 3450 cm-1 OH alcoolic 2925 cm-1 C-H 2858 cm-1 C-H

2960 cm-1 C-H 2927 cm-1 C-H

3450 cm-1 OH alcoolic 2966 cm-1 C-H

3462 cm-1 OH alcoolic

25

În probele de TiO2 investigate prin cristalografia de raze X au fost identificat 2 forme ale

acestuia: rutil şi anataza.

Figura 15. Forma plăcuţei de SnO2:F înainte de depunerea nanoparticulelor de TiO2 (plăcuţa FTO 1)

În pulberea de TiO2-A se pare că starea alotropică principală este anataza (100 % din totalul

de TiO2, Figura 204). După depunerea pe plăcuţa de SnO2:F şi tratamentul termic de 10 minute la

400 °C, conţinutul de anatază nu a fost modificat (rămânând acelaşi 100 %). Faptul că anataza nu

a fost transformată în alte forme ale TiO2 este un aspect foarte important, ceea ce demonstrează că

nanoparticulele nu au fost afectate de tratamentul termic.

Figura 16. Forma plăcuţei de SnO2:F după depunerea nanoparticulelor de TiO2 (plăcuţa FTO 1 cu TiO2-A)

– imagine efectuată la marginea depunerii pe plăcuţă

Modul de depunere al nanoparticulelor pe TiO2 pe FTO 1 (Figura 16) se poate observa prin

comparaţie cu plăcuţa FTO 1 înainte de depunere (Figura 15). Studiul de microscopie a fost

26

efectuat cu Microscopul cu Forţa Atomică Ntegra Prima de la ICSTM, Universitatea Valahia din

Târgovişte.

Se observă că depunerea de nanoparticulelor de TiO2 are o formă neregulată şi are grosimea

de câţiva microni (< 10 µm). Forma neregulată a suprafeţei depuse de TiO2 (elementul de tip n)

oferă o suprafaţă de contact mai mare cu colorantul (elementul de tip p), ceea ce creşte eficienţa

de conversie a energiei solare în energie electrică.

Pe nanoparticulele de TiO2 au fost efectuate diverse studii, folosind următoarele tehnici

experimentale:

- Analiza prin Activare cu Neutroni (AAN);

- Microscopia cu Forţă Atomică (AFM);

- Cristalografia cu Difracţie de Raze X (XRD).

3.8. Criterii de performanță pentru electroliţii folosiţi la fabricare DSSC

Electrolitul este un element de bază într-o celulă fotovoltaică sensibilizată cu coloranţi

(DSSC). Rolul acestuia este de a transfera sarcina electrică de la electrod spre ansamblul p-n.

În acest studiu, electroliţii au fost preparaţi din reactivi de puritate analitică cunoscută:

LiOH, NaI, KI şi I2.

Figura 17. Spectrele soluţiilor de LiI + I2, NaI + I2, KI + I2 înregisrate în domeniul 190 – 1100 nm.

Compoziţia chimică a reactivilor folosiţi la fabricarea electroliţilor a fost determinată prin

Analiza cu Activare cu Neutroni (AAN).

Prin spectrofotometria UV-Vis au fost studiate proprietăţile optice ale acestor electroliţi

(Figura 17). Spectrele rezultate sunt reprezentate în figura. După cum se vede din spectre, din

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00 1200.00

LiI+I2

NaI+I2

KI+I2

Tran

smit

anţa

(%)

Lungimea de undă (nm)

27

soluţiile formate, transmitanţa cea mai mare o are soluţia etanolică de 0,5 M NaI/5 mM I2, urmată

de soluţia de 0,5 M KI/5 mM I2. Electrolitul pe bază de 0,5 M LiI/5 mM I2 pare să aibă transmitanţa

cea mai redusă.

Astfel din acest punct de vedere, se pare că electrolitul pe bază de NaI pare a fi mai bun.

Totuşi pentru a putea dovedi eficienţa acestui electrolit, trebuie studiate proprietăţile electrice ale

acestuia.

3.9. Parametri de performanță electrică a celulelor fotovoltaice sensibilizate cu

coloranți organici (DSSC)

3.9.1. Noțiuni generale privind parametrii electrici ai celulei fotovoltaice sensibilizate

cu coloranți (DSSC)

Cea mai importantă parte a acestei teze de doctorat este partea de eficeință electrică a

celulelor fotovoltaice obținute. Conversia luminii în curent electric este influențată de foarte mulți

parametri atât chimici, cât și fizici. [76]

Unele din cele mai importante caracteristici ale unei celule fotovoltaice sunt: ISC

(intensitatea electrică la scurtcircuit, exprimată în A) și VOC (tensiunea electrică la circuit deschis,

exprimată în V). [77]

Alți doi parametri importanți legați de celulele fotovoltaice sensibilizate cu coloranți

(DSSC) sunt: Im (intensitatea electrică maximă, exprimată în A) și Vm (tensiunea electrică maximă,

exprimată în V). Acești 2 parametri pot fi determinați prin adăugarea în circuitul electric

reprezentat a unui consumator (rezistor), care se cupleazî în serie cu ampermetrul. [77]

Din Vm și Im se poate afla Pm, acest parametru fiind puterea maximă a celulei fotovoltaice

(exprimată în W):

𝑃𝑚 = 𝐼𝑚 ∗ 𝑉𝑚

Puterea totală a unei celule fotovoltaice sensibilizate cu coloranți, Pt, se poate afla din ISC

și VOC:

𝑃𝑡 = 𝐼𝑆𝐶 ∗ 𝑉𝑂𝐶

Pentru a caracteriza eficiența de conversie a luminii solare în curent electric se folosesc

factorul de umplere (FF, exprimat în %) și randamentul de conversie (η, exprimat în %) [77]:

𝐹𝐹 =𝑃𝑚𝑃𝑡

∗ 100 =𝐼𝑚 ∗ 𝑉𝑚𝐼𝑆𝐶 ∗ 𝑉𝑂𝐶

∗ 100

𝜂 =𝑃𝑚𝑃𝑖𝑛

∗ 100 =𝐼𝑆𝐶 ∗ 𝑉𝑂𝐶 ∗ 𝐹𝐹

𝑃𝑖𝑛

Puterea inițială, notată cu Pin (exprimată în W), este puterea luminii care vine în contact

cu celula fotovoltaică sensibilizată cu coloranți (DSSC). [76]

28

3.9.2. Prepararea celulelor fotovoltaice sensibilizate cu coloranți (DSSC)

În cadrul acestei teze de doctorat, celulele fotovoltaice sensibilizate cu coloranți au fost

obținute după un plan bine-stabilit.

3.9.3. Caracterizarea celulelor fotovoltaice sensibilizate cu coloranți

3.9.3.1 Celule fotovoltaice sensibilizate cu TPP-Pd

Pe bază de TPP-Pd au fost obţinute 5 celule fotovoltaice. Acestea au fost testate la 3 surse

de lumină de putere diferită, care au furnizat o putere iniţială de 0,52 W, 0,92 W şi 1,72 W.

Figura 18. Curba I-V pentru celula fotovoltaică pe bază de TiO2 anataz de puritate tehnică şi electrolit de NaI/I2,

sensibilizată cu TPP-Pd

Se poate observa după curbele I-V că celulele fotovoltaice pe bază de anataz de puritate

tehnică au avut cele mai mari valori ale ISC (> 0,1 A), iar cea pe bază de anatază de puritate analitică

cele mai mari valori ale VOC (> 0,15 V). Celulele fotovoltaice pe bază de rutil de puritate analitică

au avut parametri de performanţă electrică mai slabi (ISCmax < 0,016 A, VOCmax < 0,15 V).

În ceeace priveşte tipul de electrolit, cel mai bun factor de umplere (FF) a fost dat de celula

fotovoltaică pe bază de TiO2 anataz de puritate tehnică şi electrolit de LiI/I2 (FF = 16,07 %), în

timp ce cea mai eficientă celulă fotovoltaică sensibilizată cu TPP-Pd (Figura 18) a fost cea pe bază

de electrolit de NaI/I2 (η = 0,20 %).

Eficienţa scăzută de conversie a acestui colorant este dată de lipsa grupărilor polare din

structura colroantului, acesta având doar grupări acceptor (C=C aromatice), neavând şi grupări

donor (de exemplu COOH).

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

0 0.05 0.1 0.15 0.2

Inte

nsi

tate

(A

)

Tensiune (V)

Pm (Pin = 0,52 W)

Pt (Pin = 0,52 W)

Pm (Pin = 0,92 W)

Pt (Pin = 0,92 W)

Pm (Pin = 1,72 W)

Pt (Pin = 1,72 W)

29

3.9.3.2. Celule fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi naturali

După cum se poate vedea din curbele I-V ale celulelor fotovoltaice sensibilizate cu astfel

de coloranţi, acestea au performanţe mult mai mari faţă de cele sensibilizate cu coloranţi

porfirinici.

Celulele fotovoltaice sensibilizate cu ex. afine şi cu ex. prune au dat randamente de

conversie de 3,89 % (Figura 19) şi, respectiv, 3,27 %. Aceste valori cu mult depăşesc rezultatele

pentru cel mai bun rezultat dat de colroanţii porfirinici (0,20 % pentru DSSC pe bază de anataz

tehnic cu electrolit de NaI/I2).

Figura 19. Curba I-V pentru celula fotovoltaică pe bază de TiO2 anataz de puritate tehnică şi electrolit de LiI/I2,

sensibilizată cu Ex. Afine

Eficienţa mai ridicată a coloranţilor naturali faţă de coloranţii porfirinici este dată de

faptul că aceştia au grupări polare în structură de tip donor, prin care pot transmite electronii

semiconductorului din TiO2, chiar dacă grupările de tip acceptor ale coloranţilor naturali sunt

mai puţin eficiente decât ale colroanţilor porfirinici.

Din curbele I-V se poate observa că ISC maxim la aceste celule fotovoltaice a fost de >

1 A pentru cele cu Ex. Prune şi Ex. Afine. VOC maxim (~ 0,5 V) a fost observat la celulele

fotovoltaice sensibilizate cu Ex. Rodie, Ex. Afine şi Ex. Prune.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Inte

nsi

tate

(A

)

Tensiune (V)

Pm (Pin = 0,52 W)

Pt (Pin = 0,52 W)

Pm (Pin = 0,92 W)

Pt (Pin = 0,92 W)

Pm (Pin = 1,72 W)

Pt (Pin = 1,72 W)

Pm (Pin = 2,7 W)

Pt (Pin = 2,7 W)

30

3.9.3.3. Concluzii

Prin aplicarea analizei componentelor principale asupra parametrilor electrici ale

celulelor fotovoltaice (pentru Pin maxim), urmată de metoda de rotaţie Varimax cu normalizare

Kaiser (3 iteraţii), se poate observa că performanţa electrică a unei celule fotovoltaice este dată

în primul rând de colorant. Componenta 2 este definită de parametri electrici slabi, iar

componenta 1 de parametri electrici buni (Figura 20).

Coloranţii TNP-Mg, TPP-Cu şi Extract Varză roşie au fost aplicaţi în celulele

fotovoltaice pe bază de TiO2 anataz tehnic cu electrolit de LiI/I2. Cum celulele sensibilizate

cu aceşti coloranţi au demonstrat caracteristici electrice slabe, iar TiO2 anataz tehnic şi

electrolitul pe bază de LiI/I2 au fost cele mai bune materiale din seria acestora, este clar că un

rol de bază în eficienţa celulei fotovoltaice sensibilizate cu colorant îl are colorantul

Un al doilea criteriu ca importanţă în funcţionarea celulelor fotovoltaice sensibilizate

cu coloranţi o are materialul semiconductor (în cazul acestei teze de doctorat – TiO2). Natura

acestuia influenţează foarte mult proprietăţile electrice ale celulelor fotovoltaice sensibilizate

cu coloranţi.

Al treilea criteriu ca importanţă în funcţionarea DSSC este electrolitul. La celulele

fotovoltaice, la care unicul element distinct este electrolitul, se pot observa anumite diferenţe

în proprietăţile electrice. Cele mai evidente diferenţe se pot observa între KI/I2 şi ceilalţi

electroliţi (NaI/I2 şi LiI/I2).

Figura 20. Analiza componentelor principale, urmată de metoda de rotaţie Varimax cu normalizare Kaiser (3

iteraţii), aplicată pe parametrii de performanţă a celulelor fotovoltaice sensibilzate cu coloranţi

31

CAPITOLUL 4.

CONCLUZII. CONTRIBUŢII. PERSPECTIVE

Teza de doctorat întitulată: Cercetari privind conversia fotovoltaica a energiei solare

prin fotosensibilizare spectrala cu nanomateriale a avut ca obiectiv principal studiul

conversiei luminii solare la curent electric folosind nanomateriale sensibilizate cu coloranţi

organici.

Prezenta teză de doctorat cuprinde:

- studii privind obţinerea şi caracterizarea coloranţilor naturali care au fost folosiţi

pentru sensibilizarea nanoparticulelor de TiO2 (cu detalii privind metoda de

extracţie a coloranţilor naturali, stabilitatea antocianilor la pH şi lumină,

caracterizarea UV-Vis a coloranţilor naturali investigaţi);

- studii privind caracterizarea microscopică şi chimică a materialelor conductoare

transparente (SnO2:F şi ZnO) folosite pentru fabricarea electrozilor în DSSC;

- studii privind caracterizarea nanoparticulelor de TiO2 prin SEM;

- investigaţii privind proprietăţile electrice şi optice ale materialelor conductoare

transparente folosite în DSSC;

- caracterizarea coloranţilor porfirinici folosiţi la fabricarea celulelor fotovoltaice

sensibilizate cu coloranţi (DSSC);

- caracterizarea nanoparticulelor de TiO2 folosite în DSSC prin NAA, AFM şi

XRD;

- criterii de performanță pentru electroliţii folosiţi la fabricare DSSC;

- criterii de performanță electrică pentru celulele fotovoltaice sensibilizate cu

coloranți porfirinici și naturali.

Respectând obiectivul principal al acestei teze de doctorat, cercetarea prezentă a avut

ca scop obţinerea unor celule fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi.

Gradul de originalitate ale acestei teze de doctorat este foarte mare, datorită faptului că

au fost obţinute foarte multe date experimentale. Prin compararea rezultatelor obţinute în

literatura de specialitate, au putut fi explicate foarte multe fenomene întâlnite pe parcursul

acestei teze de doctorat.

32

Această teză de doctorat are un nivel înalt de originalitate şi de noutate, abordând un

subiect destul de important pentru energetica mondială privind obţinerea unor celulele

fotovoltaice sensibilizate cu coloranţi organici (DSSC).

Ca rezultat al activităţii ştiinţifice la această temă și în domeniul Ingineriei Materialelor

au fost publicate 8 articole ISI (dintr-un total de 14 lucrări ISI, 2 lucrări BDI și 2 capitole de

carte publicate la o editură internațională) și s-au efectuat peste 15 participări la conferinţe

internaţionale.

33

BIBLIOGRAFIE:

[1] Shue, H. (1995). Avoidable necessity: global warming, international fairness, and

alternative energy. Nomos, 239-264.

[2] Dresselhaus, M. S., & Thomas, I. L. (2001). Alternative energy technologies. Nature,

414(6861), 332-337.

[3] Doney, S. C. (2006). The dangers of ocean acidification. Scientific American, 294(3), 58-

65.

[4] Kondratyev, K. Y., & Varotsos, C. A. (1996). Global total ozone dynamics. Environmental

Science and Pollution Research, 3(4), 205-209.

[5] Barth, M. C., & Titus, J. G. (1984). Greenhouse effect and sea level rise: a challenge for

this generation.

[6] Mercer, J. H. (1978). West Antarctic ice sheet and CO 2 greenhouse effect- A threat of

disaster. Nature, 271(5643), 321-325.

[7] Mitchell, J. F. (1989). The “greenhouse” effect and climate change. Reviews of Geophysics,

27(1), 115-139.

[8] Cox, P. M., Betts, R. A., Jones, C. D., Spall, S. A., & Totterdell, I. J. (2000). Acceleration

of global warming due to carbon-cycle feedbacks in a coupled climate model. Nature,

408(6809), 184-187.

[9] Vitousek, P. M. (1994). Beyond global warming: ecology and global change. Ecology,

75(7), 1861-1876.

[10] Hughes, L. (2000). Biological consequences of global warming: is the signal already

apparent?. Trends in ecology & evolution, 15(2), 56-61.

[11] Muller, H., & Prohl, G. (1993). ECOSYS-87: a dynamic model for assessing radiological

consequences of nuclear accidents. Health Physics, 64(3), 232-252.

[12] Yasunari, T. J., Stohl, A., Hayano, R. S., Burkhart, J. F., Eckhardt, S., & Yasunari, T.

(2011). Cesium-137 deposition and contamination of Japanese soils due to the Fukushima

nuclear accident. Proceedings of the National Academy of Sciences, 108(49), 19530-19534.

[13] Aarkrog, A. (1988). The radiological impact of the Chernobyl debris compared with that

from nuclear weapons fallout. Journal of Environmental Radioactivity, 6(2), 151-162.

[14] Walters, C. (1986). Adaptive management of renewable resources.; Boyle, G. (2004).

Renewable energy. OXFORD university press.

[15] Koroneos, C., Spachos, T., & Moussiopoulos, N. (2003). Exergy analysis of renewable

energy sources. Renewable energy, 28(2), 295-310.

34

[16] Herzog, A. V., Lipman, T. E., & Kammen, D. M. (2001). Renewable energy sources.

Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS). Forerunner Volume-‘Perspectives and

Overview of Life Support Systems and Sustainable Development.

[17] Johansson, T. B. (1993). Renewable energy: sources for fuels and electricity. Island press.

[18] Hanna, M. C., & Nozik, A. J. (2006). Solar conversion efficiency of photovoltaic and

photoelectrolysis cells with carrier multiplication absorbers. Journal of Applied Physics,

100(7), 074510.

[19] O'regan, B., & Grätzel, M. (1991). A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-

sensitized colloidal TiO2 films. nature, 353(6346), 737-740.

[20] Ning, Z., Fu, Y., & Tian, H. (2010). Improvement of dye-sensitized solar cells: what we

know and what we need to know. Energy & Environmental Science, 3(9), 1170-1181.

[21] Jung, H. S., & Lee, J. K. (2013). Dye sensitized solar cells for economically viable

photovoltaic systems. The Journal of Physical Chemistry Letters, 4(10), 1682-1693.

[22] US Department of Energy, Best research-cell efficiencies,

http://www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg.

[23] Martinson, A. B., Elam, J. W., Hupp, J. T., & Pellin, M. J. (2007). ZnO nanotube based

dye-sensitized solar cells. Nano letters, 7(8), 2183-2187.

[24] Baxter, J. B., & Aydil, E. S. (2006). Dye-sensitized solar cells based on semiconductor

morphologies with ZnO nanowires. Solar Energy Materials and Solar Cells, 90(5), 607-622.

[25] De Angelis, F., Fantacci, S., Selloni, A., Nazeeruddin, M. K., & Grätzel, M. (2007). Time-

dependent density functional theory investigations on the excited states of Ru (II)-dye-

sensitized TiO2 nanoparticles: the role of sensitizer protonation. Journal of the American

Chemical Society, 129(46), 14156-14157.

[26] Seo, Y. G., Woo, K., Kim, J., Lee, H., & Lee, W. (2011). Rapid fabrication of an inverse

opal TiO2 photoelectrode for DSSC using a binary mixture of TiO2 nanoparticles and polymer

microspheres. Advanced Functional Materials, 21(16), 3094-3103.

[27]

http://scholar.google.ro/scholar?cites=16407281752081266552&as_sdt=2005&sciodt=0,5&h

l=ro

[28] Nielsen, T. D., Cruickshank, C., Foged, S., Thorsen, J., & Krebs, F. C. (2010). Business,

market and intellectual property analysis of polymer solar cells. Solar Energy Materials and

Solar Cells, 94(10), 1553-1571.

[29] Wang, A., Zhao, J., & Green, M. A. (1990). 24% efficient silicon solar cells. Applied

physics letters, 57(6), 602-604.

http://www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg

http://scholar.google.ro/scholar?cites=16407281752081266552&as_sdt=2005&sciodt=0,5&hl=ro


35

[30] Roy, M. S., Balraju, P., Kumar, M., & Sharma, G. D. (2008). Dye-sensitized solar cell

based on Rose Bengal dye and nanocrystalline TiO 2. Solar Energy Materials and Solar Cells,

92(8), 909-913.

[31] Radivojevic, I., Varotto, A., Farley, C., & Drain, C. M. (2010). Commercially viable

porphyrinoid dyes for solar cells. Energy & Environmental Science, 3(12), 1897-1909.

[32] Polizzotti, A., Schual-Berke, J., Falsgraf, E., Johal, M. Investigating New Materials and

Architectures for Grätzel Cells. in: Fthenakis, V., Third Generation photovoltaics, InTech,

2012.

[33] Gordon, R. G. (2000). Criteria for choosing transparent conductors. MRS bulletin, 25(08),

52-57.

[34] Remes, Z., Vanecek, M., Yates, H. M., Evans, P., & Sheel, D. W. (2009). Optical

properties of SnO2: F films deposited by atmospheric pressure CVD. Thin Solid Films,

517(23), 6287-6289.

[35] de Graaf, A., van Deelen, J., Poodt, P., van Mol, T., Spee, K., Grob, F., & Kuypers, A.

(2010). Development of atmospheric pressure CVD processes for highquality transparent

conductive oxides. Energy Procedia, 2(1), 41-48.

[36] Delahoy, A. E., Guo, S., Transparent Conducting Oxides for Photovoltaics. Handbook of

Photovoltaic Science and Engineering, Second Edition, Wiley, 716-796, 2011

[37] Ginley, D. S., Handbook of transparent conductors. Springer, 2010

[38] Floriano, E.A., de Andrade Scalvi, L.V., Sambrano, J.R., Geraldo, V., Evaluation of bulk

and surfaces absorption edge energy of sol-gel-dip-coating SnO2 thin films. Mat. Res. [online],

vol.13, n.4, pp. 437-443, 2010.

[39] Recio, J. M., Blanco, M. A., Luaña, V., Pandey, R., Gerward, L., & Olsen, J. S. (1998).

Compressibility of the high-pressure rocksalt phase of ZnO. Physical Review B, 58(14), 8949.

[40] Ashrafi, A. A., Ueta, A., Avramescu, A., Kumano, H., Suemune, I., Ok, Y. W., & Seong,

T. Y. (2000). Growth and characterization of hypothetical zinc-blende ZnO films on GaAs

(001) substrates with ZnS buffer layers. Applied Physics Letters, 76(5), 550-552.

[41] Rambu, A. P., Ursu, L., Iftimie, N., Nica, V., Dobromir, M., & Iacomi, F. (2013). Study

on Ni-doped ZnO films as gas sensors. Applied Surface Science, 280, 598-604.

[42] Klingshirn, C. F., Waag, A., Hoffmann, A., & Geurts, J. (2010). Zinc oxide: from

fundamental properties towards novel applications (Vol. 120). Springer Science & Business

Media.

[43] Morkoç, H., & Özgür, Ü. (2008). Zinc oxide: fundamentals, materials and device

technology. John Wiley & Sons.

36

[44] Ueda, K., Tabata, H., & Kawai, T. (2001). Magnetic and electric properties of transition-

metal-doped ZnO films. Applied Physics Letters, 79(7).

[45] Yang, P., Yan, H., Mao, S., Russo, R., Johnson, J., Saykally, R., ... & Choi, H. J. (2002).

Controlled growth of ZnO nanowires and their optical properties. Advanced Functional

Materials, 12(5), 323.

[46] Jiang, C. Y., Sun, X. W., Lo, G. Q., Kwong, D. L., & Wang, J. X. (2007). Improved dye-

sensitized solar cells with a ZnO-nanoflower photoanode. Applied Physics Letters, 90(26),

263501.

[47] Zhang, Y., Zhang, J., Wang, P., Yang, G., Sun, Q., Zheng, J., & Zhu, Y. (2010). Anatase

TiO 2 hollow spheres embedded TiO 2 nanocrystalline photoanode for dye-sensitized solar

cells. Materials Chemistry and Physics, 123(2), 595-600.

[48] Dou, X., Sabba, D., Mathews, N., Wong, L. H., Lam, Y. M., & Mhaisalkar, S. (2011).

Hydrothermal synthesis of high electron mobility Zn-doped SnO2 nanoflowers as photoanode

material for efficient dye-sensitized solar cells. Chemistry of Materials, 23(17), 3938-3945.

[49] Chen, Z., Hu, J., Tang, M., & Tian, Q. (2011). The application of inorganic nanomaterials

in dye-sensitized solar cells. INTECH Open Access Publisher.

[50] Hagberg, D. P., Edvinsson, T., Marinado, T., Boschloo, G., Hagfeldt, A., & Sun, L. (2006).

A novel organic chromophore for dye-sensitized nanostructured solar cells. Chemical

Communications, (21), 2245-2247.

[51] Srinivas, K., Yesudas, K., Bhanuprakash, K., & Giribabu, L. (2009). A combined

experimental and computational investigation of anthracene based sensitizers for DSSC:

comparison of cyanoacrylic and malonic acid electron withdrawing groups binding onto the

TiO2 anatase (101) surface. The Journal of Physical Chemistry C, 113(46), 20117-20126.

[52] Lei, Y., Liu, H., & Xiao, W. (2010). First principles study of the size effect of TiO2 anatase

nanoparticles in dye-sensitized solar cell. Modelling and Simulation in Materials Science and

Engineering, 18(2), 025004.

[53] Wongcharee, K., Meeyoo, V., & Chavadej, S. (2007). Dye-sensitized solar cell using

natural dyes extracted from rosella and blue pea flowers. Solar Energy Materials and Solar

Cells, 91(7), 566-571.

[54] Chang, H., Wu, H. M., Chen, T. L., Huang, K. D., Jwo, C. S., & Lo, Y. J. (2010). Dye-

sensitized solar cell using natural dyes extracted from spinach and ipomoea. Journal of Alloys

and Compounds, 495(2), 606-610.

[55] Vougioukalakis, G. C., Philippopoulos, A. I., Stergiopoulos, T., & Falaras, P. (2011).

Contributions to the development of ruthenium-based sensitizers for dye-sensitized solar cells.

Coordination Chemistry Reviews, 255(21), 2602-2621.

37

[56] Chou, C. C., Wu, K. L., Chi, Y., Hu, W. P., Yu, S. J., Lee, G. H., ... & Chou, P. T. (2011).

Ruthenium (II) Sensitizers with Heteroleptic Tridentate Chelates for Dye‐Sensitized Solar

Cells. Angewandte Chemie International Edition, 50(9), 2054-2058.

[57] Campbell, W. M., Burrell, A. K., Officer, D. L., & Jolley, K. W. (2004). Porphyrins as

light harvesters in the dye-sensitised TiO 2 solar cell. Coordination Chemistry Reviews,

248(13), 1363-1379.

[58] Martinez-Diaz, M. V., de la Torre, G., & Torres, T. (2010). Lighting porphyrins and

phthalocyanines for molecular photovoltaics. Chemical Communications, 46(38), 7090-7108.

[59] Mishra, A., Fischer, M. K., & Bäuerle, P. (2009). Metal‐free organic dyes for dye‐

sensitized solar cells: From structure: Property relationships to design rules. Angewandte

Chemie International Edition, 48(14), 2474-2499.

[60] Wang, P., Zakeeruddin, S. M., Exnar, I., & Grätzel, M. (2002). High efficiency dye-

sensitized nanocrystalline solar cells based on ionic liquid polymer gel electrolyte. Chemical


[61] Kawano, R., Matsui, H., Matsuyama, C., Sato, A., Susan, M. A. B. H., Tanabe, N., &

Watanabe, M. (2004). High performance dye-sensitized solar cells using ionic liquids as their

electrolytes. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 164(1), 87-92.

[62] Kalaignan, G. P., & Kang, M. S. (2006). Effects of compositions on properties of PEO–

KI–I 2 salts polymer electrolytes for DSSC. Solid State Ionics, 177(11), 1091-1097.

[63] Jhong, H. R., Wong, D. S. H., Wan, C. C., Wang, Y. Y., & Wei, T. C. (2009). A novel

deep eutectic solvent-based ionic liquid used as electrolyte for dye-sensitized solar cells.

Electrochemistry Communications, 11(1), 209-211.

[64] Zhao, J., Shen, X., Yan, F., Qiu, L., Lee, S., & Sun, B. (2011). Solvent-free ionic

liquid/poly (ionic liquid) electrolytes for quasi-solid-state dye-sensitized solar cells. Journal of

Materials Chemistry, 21(20), 7326-7330.

[65] Jiao, Y., Zhang, F., & Meng, S. (2011). Dye sensitized solar cells Principles and new

design. INTECH Open Access Publisher.

[66] Wu, J., Lan, Z., Lin, J., Huang, M., Huang, Y., Fan, L., & Luo, G. (2015). Electrolytes in

Dye-Sensitized Solar Cells. Chemical reviews, 115(5), 2136-2173.

[67] J. H. Hwang, D. D. Edwards, D. R. Kammler, T. O. Mason, Point defects and electrical

properties of Sn-doped In-based transparent conducting oxides, Solid State Ionics, 129(1), 135-

144, 2000.

[68] R. Pandey, C. H. Wie, X. Lin, J. W. Lim, K. K. Kim, D. K. Hwang, W. K. Choi, Fluorine

doped zinc tin oxide multilayer transparent conducting Oxides for organic photovoltaic׳ s Cells,

Solar Energy Materials and Solar Cells, 134, 5-14, 2015

38

[69] J. Moan, C. Rimington, Z. Malik, Photoinduced degradation and modification of Photofrin

II in cells in vitro, Photochemistry and photobiology, 47(3), 363-367, 1988.

[70] C. Y. Chen, S. J. Wu, C. G. Wu, J. G. Chen, K. C. Ho, A Ruthenium Complex with

Superhigh Light‐Harvesting Capacity for Dye‐Sensitized Solar Cells, Angewandte Chemie,

118(35), 5954-5957, 2006.

[71] L. L. Li, E. W. G. Diau, Porphyrin-sensitized solar cells, Chemical Society Reviews,

42(1), 291-304, 2013.

[72] Y. S. Yen, H. H. Chou, Y. C. Chen, C. Y. Hsu, J. T. Lin, Recent developments in molecule-

based organic materials for dye-sensitized solar cells, Journal of Materials Chemistry, 22(18),

8734-8747, 2012.

[73] M. Zalas, B. Gierczyk, M. Klein, K. Siuzdak, T. Pędziński, T. Łuczak, Synthesis of a

novel dinuclear ruthenium polypyridine dye for dye-sensitized solar cells application,

Polyhedron, 67, 381-387, 2014.

[74] Zhang, H., Han, Y., Liu, X., Liu, P., Yu, H., Zhang, S., ... & Zhao, H. (2010). Anatase

TiO2 microspheres with exposed mirror-like plane {001} facets for high performance dye-

sensitized solar cells (DSSCs). Chem. Commun., 46(44), 8395-8397.

[75] D. Chen, F. Huang, Y. B. Cheng, R. A. Caruso, Mesoporous Anatase TiO2 Beads with

High Surface Areas and Controllable Pore Sizes: A Superior Candidate for High‐Performance

Dye‐Sensitized Solar Cells, Advanced Materials, 21(21), 2206-2210, 2009.

[76] Kirchartz, T., Ding, K., & Rau, U. (2011). Fundamental Electrical Characterization of

Thin‐Film Solar Cells. Advanced Characterization Techniques for Thin Film Solar Cells, 33-

60.

[77] Colodrero, S., Calvo, M., & Míguez, H. (2010). Photon management in dye sensitized

solar cells (Vol. 413, p. 432).

Pagina / - Curriculum vitae al Nume Prenume

Pentru mai multe informaţii despre Europass accesaţi pagina: http://europass.cedefop.europa.eu © Uniunea Europeană, 2002-2010 24082010

Curriculum vitae Europass

Informaţii personale

Nume / Prenume Chilian Andrei

Adresă(e) Sat. Lucieni (com. Lucieni), judeţul Dambovita

Telefon(oane) - Mobil: 0769562424

E-mail(uri) [email protected]

Naţionalitate(-tăţi) Română

Data naşterii 15.06.1987

Sex Masculin

Locul de muncă vizat / Domeniul ocupaţional

Compania de Apa Targoviste - Dambovita

Experienţa profesională

Perioada 28.01.2014 – prezent

Funcţia sau postul ocupat Chimist

Activităţi şi responsabilităţi principale Metode fizico-chimice avansate de analiză a probelor de apă uzată: Cromatografie Ionică de Lichide de Înaltă Performanță (Ion-HPLC), Spectrometrie de Absorbție Atomică în Flacără (FAAS), cu Cuptor de Grafit (GFAAS) și cu modul generare Hidruri (HG-AAS), Determinare conținut azot total legat (TNb). Responsabil Încercări

Numele şi adresa angajatorului Compania de Apa Targoviste - Dambovita

Tipul activităţii sau sectorul de activitate Regie autonomă

Perioada 3.01.2011 – 27.01.2014

Funcţia sau postul ocupat Asistent de Cercetare Știinţifică

Activităţi şi responsabilităţi principale Metode fizico-chimice de preparare și de analiză a materialelor organice. Cercetare știinţifică și diseminarea rezultatelor

Numele şi adresa angajatorului Universitatea Valahia din Târgovişte

Tipul activităţii sau sectorul de activitate Învăţământ superior universitar

Educaţie şi formare

Perioada Octombrie 2012 - prezent

Calificarea / diploma obţinută

Disciplinele principale studiate / competenţe profesionale dobândite

Ingineria Materialelor Titlul lucrării de doctorat: Cercetări privind conversia fotovoltaică a energiei solare prin fotosensibilizare spectrală a nanomaterialelor colorante

Numele şi tipul instituţiei de învăţământ / furnizorului de formare

Universitatea Valahia Târgovişte, Facultatea de Ingineria Materialelor și Mecanică, Domeniul Doctorat – Ingineria Materialelor



Nivelul în clasificarea naţională sau internaţională

Perioada

Noiembrie 2010 - iulie 2012

Calificarea / diploma obţinută Diploma de master – Specializare Chimie


Chimie Titlul disertaţiei: Efectul metalelor grele asupra proceselor biochimice din Zea Mays


Universitatea Valahia Târgovişte, Facultatea de Ştiinţe şi Arte, specializarea Master – Metode fizico-chimice de analiză pentru protecţia calităţii vieţii şi mediului


(rubrică facultativă, vezi instrucţiunile)

Perioada

Octombrie 2007 - Iulie 2010

Calificarea / diploma obţinută Diploma de licenţă – Specializare Chimie


Chimie Titlul lucrării de licenţă: Uleiuri eterice - între artă și știință


Universitatea Valahia Târgovişte, Facultatea de Ştiinţe şi Arte, specializarea Chimie


Perioada

Septembrie 2003 – Iulie 2007

Calificarea Diploma de Bacalaureat, Atestat de Tehnician în Industria Alimentară


Chimie Titlul lucrării de atestat: Vinurile roșii


Grup Școlar de Ecologie și Protecţia Mediului ”Grigore Antipa” din Bacău


Aptitudini şi competenţe personale

Limba(i) maternă(e) Română

Limba(i) străină(e) cunoscută(e)

Autoevaluare Înţelegere Vorbire Scriere

Nivel european (*) Ascultare Citire Participare la conversaţie

Discurs oral Exprimare scrisă

Limba Engleză Foarte bine Foarte bine Bine Bine Bine

Limba Rusă Foarte bine Foarte bine Foarte bine Foarte bine Foarte bine

Limba Franceză Foarte bine Foarte bine Bine Bine Bine

Limba Ucraineană Foarte bine Foarte bine Foarte bine Bine Bine

(*) Nivelul Cadrului European Comun de Referinţă Pentru Limbi Străine

Competenţe şi abilităţi sociale Sociabil, cu spirit de echipă, optimist, original

http://europass.cedefop.europa.eu/LanguageSelfAssessmentGrid/ro



Competenţe şi aptitudini organizatorice

Sesiunea de comunicari stiintifice studentesti si a cadrelor didactice a Facultatii de Stiinte si Arte din Universitatea Valahia din Targoviste, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011 - Membru in comitetele de organizare a unor conferinte:

o Conferinţa naţională cu participare internaţională Marturie comună ”Ştiinţă şi Credinţă”, 2010, 2011, 2012 Targovişte, Romania

o The 3rd joint seminar JINR-Romania on Neutron physics for investigations of nuclei, condensed matter and life sciences, 24-30 iulie 2011, Târgoviște 2011;

o Conferinţa Naţională de Chimie - Învăţământul Preuniversitar, 7-9 septembrie 2012, Târgoviște, România;

o 1st International Conference on Analytical Chemistry, 18-21 septembrie 2012, Târgoviște, România.

- Membru al Societăţii Romane de Chimie - Membru al Consiliului Facultăţii de Știinţe și Arte, 2007-2012. - Membru al Senatului Universităţii ”Valahia” din Târgoviște, 2010-2012. - Reprezentantul Basarabenilor la Universitatea ”Valahia” din Târgoviște, 2009-2012. - Membru al Centrului de Cercetare „Științe Aplicate în Studiul Mediului și Tehnologii Avansate”

Competenţe şi aptitudini tehnice - Aplicaţii legate de determinările fizico-chimice (determinare pH, salinitate, turbiditate, reziduu uscat, conductivitate, concentraţie elemente chimice din orice probă lichidă sau solidă),

- Aplicații legate de determinările fizico-chimice pe apă uzată și alte tipuri de apă cu matrice complexă:

o determinare conținut clorură, fluorură, bromură, nitrit, nitrat, sulfat, fosfat prin cromatografie ionică;

o determinare conținut metale prin spectrometria de absorbție atomică: Cd, Fe, Ni, Cr, Bi, As, Mn, Pb, Sb, Hg, Te, Cu, Co, P, Sn etc.

o determinare conținut metale alcaline și alcalino-pământoase prin flamfotometrie: Na, Li, K, Ca, Mg.

o Determinare conținut azot total legat (TNb), carbon organic dizolvat (DOC), carbon dizolvat anorganic (DIC), carbon total dizolvat (TC) etc.

o Determinarea conținutului de fosfor total (Pt), conținut agenți de suprafață anionici (MBAS), conținut amoniu (NH4), nitriți (NO2), nitrați (NO3) prin spectrofotometria UV-Vis;

o Determinarea reziduului uscat filtrabil la 105 °C; o Determinarea consumului chimic de oxigen (COD) și determinarea consumului

biochimic de oxigen la n zile (BODn). - Familiarizat cu lucrul la Spectrometrul de Fluorescenta Clorofilei PAM – 2100, fabricat de firma

WALZ, Germania, folosit la determinarea multor parametri biologici, biofizici şi biochimici la plante;

- Aplicaţii legate de metode fizico-chimice (concentrare, filtrare, lucrul cu substanţe de diferit grad de pericol, extracţie LL, SL, extracţie Soxlet, distilare, mineralizare, diluare);

- Familiarizat cu lucrul la Spectrometrul de Absorbţie Atomică cu Flacără ”Avanta” (determinare concentraţie elemente chimice din probe de origine biologică şi minerală de până la minim 1 ppm în probă),

- Familiarizat cu spectrofotometria UV-Vis (pregătire probă, înregistrare spectru total, selectare după lungime de undă, efectuare curbe de calibrare şi determinare concentraţie de diverşi analiţi)

- Familiarizat cu lucrul la Spectrometrul de Absorbţie Atomică în Cuptor de Grafit ”Avanta” (determinare concentraţie elemente chimice din probe de origine biologică şi minerală de până la minim 1 ppb în probă),

- Fluorimetrul cu Raze X ”ElvaX” (determinare concentraţie elemente chimice din probe de origine biologică şi minerală de până la minim 1 ppm în probă, de la clor până la uraniu)



Competenţe şi aptitudini de utilizare a calculatorului

Familiarizat cu lucrul în programele ştiinţifice:

ChemBioDraw Ultra 12.0;

Isis Draw; Programe de statistică:

IBM SPSS v. 20 Programe editare şi procesare grafică:

Autodesk 3D Max,

Adobe Photoshop CS5, programe de grafica web:

Kool Moves,

Adobe Flash, programe de creare și limbaje de programare pagini web:

HTML 5,

CSS, programe de lucru cu video:

Adobe Premiere Pro 2.0,

MediaCoder 0.7,

ConvertXtoDVD 4, programe de lucru cu audio:

Sony Sound Forge 10.0, programe de editare și prelucrarea text:

ABBYY FineReader,

Microsoft Office 2003, 2007, 2010, 2013;

OpenOffice 3.0, instalare/operare/administrare Sisteme de Operare:

Microsoft Windows 95, 98, 2000, Millenium, XP, Vista, 7, 8, PE 1.0, PE 2.0, PE 3.0; Linux Mandriva, Knoppix, Mint, Ubuntu și alte tipuri de soft

Competenţe şi aptitudini artistice



Alte competenţe şi aptitudini Participări la olimpiade: - Locul I la Concursul Naţional de Geografie, faza naţională – Chișinău, Republica Moldova, 2002. - Locul I la Olimpiada de Fizică, faza judeteana – Căușeni, jud. Tighina, Republica Moldova, 2003. - Locul I la Olimpiada de Chimie ”Petru Poni”, faza naţională – Focșani, jud. Vrancea, 2004. - Locul I la Olimpiada de Chimie ”Petru Poni”, faza judeteană – Bacău, jud. Bacău, 2005. - Locul III la Olimpiada de Geografie, faza judeteana – Bacău, jud. Bacău, 2005. - Locul I la Olimpiada de Chimie ”Petru Poni”, faza naţională – Suceava, jud. Suceava, 2006. - Locul I la Olimpiada de Matematică, faza judeţeană – Bacău, jud. Bacău, 2007. Participare la programe/proiecte naţionale și internaţionale: Proiect în colaborare cu IUCN-Dubna, „“Nuclear and related analytical techniques for Environmental and Life Sciences: therapeutic mud analysis”, No 03-4-1104-2011/2013, protocol nr. 3869-4-08/10 (2011-2013) Grant în colaborare cu IUCN-Dubna, “Nuclear and related analytical techniques for Environmental and Life Sciences”, tema nr: No 03-4-1104-2011/2013, protocol nr: 3869-4-08/10 (2011-2013) Proiect în colaborare cu IUCN-Dubna, „Investigation in the field of gamma radiation and neutrons solid state dosimetry”, No 04-4-1075-2011/2014, protocol nr. 3869-4-08/10 (2011-2013). NTSE - Nano-Tech Science Education (LLP KEY ACTIVITY 3 PROGRAMME: INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES (ICT) nr. 511787-LLP-1-2010-1-TR-KA3-KA3MP) Alte cursuri şi programe de formare profesională parcurse: Programul de studii on-line: ”Designing Technology-Enhanced Learning” în cadrul proiectului CoCreat dintre România, Finlanda, Estonia, Norvegia (perioada februarie – mai 2012). Premii obţinute: - Cel mai bun elev al anului şcolar 2002-2003 la Şcoala Medie Tudora, Raionul Ştefan-Vodă,

Republica Moldova - Cel mai bun elev al anului şcolar 2005-2006 la Grupul Şcolar de Ecologie şi Protecţia Mediului

„Grigore Antipa”, Bacău; - Cel mai bun elev al anului şcolar 2006-2007 la Grupul Şcolar de Ecologie şi Protecţia Mediului

„Grigore Antipa”, Bacău; - Cel mai bun poster:

o I. D. Dulama, I. A. Bucurica, A. Chilian, L. G. Toma, O. R. Bancuta, D.-D. Let, S.-G. Stanescu, Assessment of heavy metals pollution in water and sediments of some salt lakes from Romania, RO-ICAC 2012, 1th International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, september 18-21, 2012

Permis(e) de conducere -

Lucrări elaborate şi/sau publicate

(se anexează – lista lucrarilor elaborate/publicate)

Articole publicate în reviste cu cotaţie ISI: 10 Articole publicate în proceedings-urile conferinţelor internaţionale: 2 Articole publicate în proceedings-urile conferinţelor naţionale: - Articole publicate in reviste B+ si BDI recunoscute de CNCSIS: 2 Total număr articole publicate: 10 Articole prezentate la conferinţe naţionale şi internaţionale: 27

Anexe Lista Lucrărilor Ştiinţifice

Data: Semnătura:



LISTA LUCRĂRILOR ŞTIINŢIFICE

Chimist Andrei Chilian

Articole publicate in reviste ISI:

[1] I. Bancuta, I.V.Popescu, A. Chilian, A. Stancu, R. Bancuta, R. Setnescu, V. Cimpoca, PIXE and EDXRF methods applied in Bi-Te-Se thermoelements study, Romanian Journal of Physics, ISSN 1221-146X, Volume 56, No 9-10, P. 1116 – 1123, 2011

[2] C. Radulescu, C. Stihi, I. V. Popescu, I. Ionita, I. D. Dulama, A. Chilian, O. R. Bancuta, D. Let, Assessment of heavy matals level in some perennial medicinal plants by flame atomic absorption spectrometry, Romanian Reports in Physics, ISSN 1221-1451 Vol. 65, No. 1, P. 246–260, 2013 – FI: 1,137 SRI: 0,133

[3] C. Radulescu, C. Stihi, I.V. Popescu, I.D. Dulama, E.D. Chelarescu, A. Chilian, Heavy metal accumulation and translocation in different parts of Brassica Oleracea L, Romanian Journal of Physics, ISSN 1221-146X, Volume 58, No 9-10, P. 1337 – 1355, 2013

[4] C. Radulescu, C. Stihi, L. Barbes, A. Chilian, E. D. Chelarescu, Studies concerning heavy metals accumulation of Carduus nutans L. and Taraxacum officinale as potential soil bioindicator species, Revista de Chimie, 64(7), P. 754-760, 2013 – FI: 0,677 SRI: 0,056

[5] C. Stihi, C. Radulescu, E. D. Chelarescu, A. Chilian, L. G. Toma, Characterization of nectar honeys according to their physicochemical parameters and mineral content, Revista de Chimie, 64(9), P. 1000 – 1003, 2013.

[6] T. Setnescu, I. Bancuta, R. Setnescu, R. Bancuta, A. Chilian, M. Bumbac, E. D. Chelărescu, O. Culicov, M. Frontasyeva, Characterization of some therapeutic muds collected from different sites in Romania, Revue Roumaine de Chimie, 58 (7-8), 599-610, 2013. – FI: 0,396 SRI: 0,086

[7] C. Radulescu, I.D. Dulama, C. Stihi, I. Ionita, A. Chilian, C. Necula, E. D. Chelarescu, Determination of heavy metal levels in water and therapeutic mud by Atomic Absorption Spectrometry, Romanian Journal of Physics, 59(9-10), 1057-1066, 2014.

[8] A. A. Poinescu, R. M. Ion, I. Ionita, I. D. Dulama, A. Chilian, Behaviour of 316L Stainless Steel in Simulated Physiological Fluids, Revista de Chimie, 65(11), 1351-1356, 2014.

[9] A. Chilian, I. Bancuta, O.R. Bancuta, R. Setnescu, R.-M. Ion, C. Radulescu, C. Stihi, I.V. Popescu, Gh. V. Cimpoca, A. Gheboianu, Study of influence of Zn concentration on the absorption and transport of Fe in maize by AAS and EDXRF analysis techniques, Romanian Reports in Physics, Vol. 67, No. 3, 2015 (acceptat spre publicare).

[10] A. Chilian, O.-R. Bancuta, I. Bancuta, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, A. Gheboianu, V. Marinescu, C. Radulescu, Characterization of ZnO and SnO2:F materials by SEM for their use in the manufacture of DSSC, Revue Roumaine de Chimie, Vol. 60, No. 5-6, 549-554, 2015.

[11] O.-R. Bancuta, A. Chilian, I. Bancuta, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, A. Gheboianu, M. Lungulescu, FT-IR and UV-Vis characterization of grape extracts used as antioxidants in polymers, Revue Roumaine de Chimie, 2015 Vol. 60, No. 5-6, 571-577, 2015.

[12] O.-R. Bancuta, A. Chilian, I. Bancuta, A. Chilian, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, A. Gheboianu, Thermal characterization of the resveratrol, Romanian Journal of Physics, 2015 (în curs de publicare).

[13] O.-R. Bancuta, A. Chilian, I. Bancuta, A. Chilian, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, A. Gheboianu, Improvement of spectrophotometric method for quantitative determination of phenolic compounds by statistical investigations, Revista de Chimie, 2015 (acceptat spre publicare).

[14] A. Chilian, O.-R. Bancuta, I. Bancuta, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, A. Gheboianu, I.V. Popescu, Electrical characterization of transparent conducting materials, Revista de Chimie, 2015 (acceptat spre publicare).

Articole publicate in reviste B+ si BDI recunoscute de CNCSIS:



[1] A. Chilian, I. V. Popescu, C. Radulescu, Gh. V. Cimpoca, R. Bancuta, I. Bancuta, A. Gheboianu, Effect of Zinc supplemetation on growth, biochemical process and yield in Zea Mays, Journal of Science and Arts, 2011, no. 4(17), pp 471-478, eISSN 2068-3049

[2] C. Radulescu , C. Stihi, I. V. Popescu, V. O. Nitescu, I. D. Dulama, A. I. Gheboianu, A.Chilian, A. Bucurica, O. R. Bancuta, Analysis of waste water from ecological car wash – A case study, Journal of Science and Arts, 2011, no. 2(15), pp 193-201, eISSN 2068-3049

Articole prezentate si publicate in proceedings-urile conferintelor internationale:

[1] I. Bancuta, I. V. Popescu, Claudia Stihi, Anca Gheboianu, R. Bancuta, A. Chilian, The study of air pollution with heavy metal, International Conference on Air Pollution and Control (CAPAC-II-), 19-23 september Antalya, Turkey, 2011 (spre publicare în Journal of the Air & Waste Management Association)

[2] A. Gheboianu, I. V. Popescu, C. Stihi, O.Culicov, I. Bancuta, R. Bancuta, A. Chilian, Air Pollution Monitoring Using Neutron Activation Analysis and Mosses as Bioindicators, International Conference on Air Pollution and Control (CAPAC-II-), 19-23 september Antalya, Turkey, 2011 (spre publicare în Journal of the Air & Waste Management Association)

Cărţi/capitole de cărţi publicate în edituri recunoscute CNCS/edituri din străinătate:

[1] H. Harmens, D. Norris, G. Mills, P. Lazo, F. Qarri, H. G. Zechmeister, A. Riss, A. Hanus, Y. Aleksiayenak, L. De Temmerman, A. Ruttens, N. Waegeneers, L. Yurukova, Z. Spiric, I. Suchara, J. Sucharová, M. Dam, K. Hoydal, S. Liiv, J. Piispanen, J. Poikolainen, E. Kubin, J. Karhu, S. Leblond, X. Laffray, S. Magnússon, R. Alber, P. Lazo, A. Maxhuni, T. Stafilov, L. Barandovski, K. Baceva, E. Steinnes, T. Berg, H. T. Uggerud, B. Godzik, P. Kapusta, I. V. Popescu, C. Stihi, C. Radulescu, A. Chilian, A. Gheboianu, A. Ene, S.-M. Cucu-Man, R. Todoran, O. A. Culicov, I. Zinicovscaia, M. V. Frontasyeva, K. N. Vergel, Z. I. Goryainova, A. M. Dunaev, N. A. Lebedeva, I. V. Vikhrova, B. Mankovska, Z. Jeran, M. Skudnik, J. Á. Fernández Escribano, J. Aboal Viñas, A. Carballeira Ocaña, J. M. Santamaría, D. Elustondo, S. Izquieta, J. Martínez-Abaigar, R. Tomás-LasHeras, E. Núñez-Olivera, J. M.Infante Olarte, G. P. Karlsson, H. Danielsson, L. Thöni, O. Blum, Heavy metals and nitrogen in mosses: spatial patterns in 2010/2011 and long-term temporal trends in Europe, ISBN: 978-I-906698-38-6, ICP Vegetation Programme Coordination Centre, Centre for Ecology and Hydrology Environment Centre Wales Deiniol Road, Bangor Gwynedd, United Kingdom, 2013.

[2] A. Chilian, O.R. Bancuta, C. Bancuta, A Student Perception Related to the Implementation of Virtual Courses. In New Horizons in Web Based Learning, LNCS 7697, 354-361. Springer Berlin Heidelberg, 2014.

Participări la conferinţe naţionale si internaţionale:

[1] A. Chilian, Tainele creaţiei – o barieră interzisă şi imposibilă pentru om, a X-a Conferinţă naţională cu participare internaţională Mărturie comună"Ştiinţă şi Credinţă", Târgoviste, Romania, november 25, 2010

[2] A. Chilian, I. V. Popescu, C. Oros, C. Radulescu, A. Gheboianu, R. Bancuta Study of biochemical processes induced by heavy metals accumulation in Zea Mays, The 3rd joint seminar JINR-Romania on Neutron physics for investigations of nuclei, condensed matter and life sciences, Târgoviște, Romania, July 23-30, 2011

[3] A. Chilian, R. Bancuta, C Radulescu, I. V. Popescu, Gh.Valerica Cimpoca, I. Bancuta, A. Gheboianu, Chlorophyll Fluorescence in Zea May under the action of heavy metals, 12th International Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, Romania, July 06-08, 2011



[4] A. Chilian, N. Bunescu, Ana Chilian, Criza alimentară – cum o putem evita protejând mediul?,Târgoviște, România, november, 25, 2011

[5] I. Bancuta, I. V. Popescu, C.Stihi, A. Gheboianu, R. Bancuta, A. Chilian, The study of air pollution with heavy metal, International Conference on Air Pollution and Control (CAPAC-II-), 19-23 september Antalya, Turkey, 2011

[6] A. Gheboianu, I. V. Popescu, C. Stihi, O. Culicov, I. Bancuta, R. Bancuta, A.Chilian, Air Pollution Monitoring Using Neutron Activation Analysis and Mosses as Bioindicators, International Conference on Air Pollution and Control (CAPAC-II-), 19-23 september Antalya, Turkey, 2011

[7] I. Bancuta, R. Setnescu, Gh.V. Cimpoca, I. V. Popescu, A.Gheboianu, R. Bancuta, A.Chilian, The importance of thermoelectric legs geometry used in the µ-TEC and µ-TEG design, 12th International Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, Romania, July 06-08, 2011

[8] I. D. Dulama, I. V. Popescu, C. Radulescu, C. Stihi, A. Chilian, R. Bancuta, A. Gheboianu, A.Bucurica, The migration of heavy metals from roots in the aerian parts of brassica oleracea (cabbage), Psysics Conference TIM - 11, 24 – 27 November 2011, Timișoara, România

[9] A. Chilian, C. Radulescu, R. Bancuta, I. Bancuta, A. Gheboianu, L. Toma, R. Setnescu, Gh. V. Cimpoca, G. Stanescu, Procesele biochimice din Zea Mays L induse de concentraţii ridicate de metalele grele, Conferinţa Naţională de Chimie, Ediţia a IV-a – Învăţământul Preuniversitar, Știinţă și educaţie pentru dezvoltare durabilă, Târgoviște, september 7-9, 2012

[10] A. Chilian, C. Radulescu, R. Bancuta, I. Bancuta, L. Toma, A. Gheboianu, R. Setnescu, I.V. Popescu, Gh. V. Cimpoca, The determination of heavy metals migration from soil to plants and detoxification processes of these metals at high concentrations in Zea Mays, The 8th General Conference of Balkan Physical Union, Constanta, Romania, July 5-7, 2012

[11] A. Chilian, C. Radulescu, R. Bancuta, I. Bancuta, A. Gheboianu, L. Toma, R. Setnescu, Gh. V. Cimpoca, The effects of heavy metals on the biochemical processes in Zea Mays L, RO-ICAC 2012, 1th International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, september 18-21, 2012

[12] I. Bancuta, Gh. Vlaicu, R. Bancuta, R. Setnescu, A. Chilian, A. Gheboianu, I.V. Popescu, C. Stihi, Gh. V. Cimpoca, The performance of µ-TEC and µ-TEG in vacuum and environment, CNF-2012, National Physics Conference, Constanta, Romania, July 8-10, 2012

[13] R. Bancuta, C. Radulescu, A. Chilian, I. Bancuta, Biomonitorizarea pasivă a depunerilor atmosferice de metale grele, Conferinţa Naţională de Chimie, Ediţia a IV-a – Învăţământul Preuniversitar, Știinţă și educaţie pentru dezvoltare durabilă, Târgoviște, Romania, september 7-9, 2012

[14] R. Bancuta, C. Radulescu, A. Chilian, I. Bancuta, A. Gheboianu, R. Setnescu, T. Setnescu, I.V. Popescu, Gh. V. Cimpoca, The determination of heavy metals in some groundwater and surface water samples from Romania, The 8th General Conference of Balkan Physical Union, Constanta, Romania, July 5-7, 2012

[15] C. Radulescu, C. Stihi, I.V. Popescu, Gh. V. Cimpoca, I. Ionita, L. G. Toma, A. Chilian, R. Bancuta, Assessment of heavy metals pollution in water and sediments of some salt lakes from Romania, The 8th General Conference of Balkan Physical Union, Constanta, Romania, July 5-7, 2012

[16] A. A. Poinescu, C. Radulescu, R.-M. Ion, C. Stihi, L. G. Toma, A. Chilian, Experimental results on the behavior of biomaterials in stimulated physiological liquids, RO-ICAC 2012, 1th International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, september 18-21, 2012

[17] I. Bancuta, R. Bancuta, R. Setnescu, A. Chilian, I. D. Dulama, D. D. Let, Gh. V. Cimpoca, The role of buffer layer and geometry of thermo-elements on the performance of µ-TEG and µ-TEC devices, RO-ICAC 2012, 1th International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, september 18-21, 2012

[18] I. D. Dulama, I. A. Bucurica, A. Chilian, L. G. Toma, O. R. Bancuta, D.-D. Let, S.-G. Stanescu, Assessment of heavy metals pollution in water and sediments of some salt lakes from Romania, RO-ICAC 2012,



1th International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, september 18-21, 2012

[19] T. Setnescu, I. Bancuta, R. Setnescu, R. Bancuta, A. Chilian, I.V. Popescu, O. Culicov, M. Frontasyeva, Characterization of some therapeutic muds collected from different Romanian sites, RO-ICAC 2012, 1th International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, september 18-21, 2012

[20] O. Nitescu, I.V. Popescu, Gh. V. Cimpoca, A. I. Gheboianu, I.-D. Dulama, I.-A. Bucurica, D.-D. Let, G. Stanescu, A. Chilian, O.-R. Bancuta, I. Bancuta, Assessment of polluted degree of Potop river, RO-ICAC 2012, 1th International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, september 18-21, 2012

[21] O. R. Bancuta, C. Radulescu, A. Chilian, I. Bancuta, R. Setnescu, T. Setnescu, I.V: Popescu, Gh. V. Cimpoca, Assessment of surface water and groundwater quality on Orsova region, Romania, RO-ICAC 2012, 1th International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, september 18-21, 2012

[22] C. Radulescu, C. Necula, C. Popa, C. Stihi, I. Nitu, I.-D. Dulama, L. G. Toma, C. Stirbu, A. Chilian, O. R. Bancuta, Heavy metals accumulation from soil and redistribution in the system grapevine – grape – wine, RO-ICAC 2012, 1th International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, september 18-21, 2012

[23] A. Chilian, G. Gorghiu, L.-M. Gorghiu, Virtual Collaborative Courses in Romanian Higher Education – A Challenge for Students, CCSTED 2013, 2nd International Workshop on Creative Collaboration through Supporitve Technologies in Education at ARSBN 2013: Empire-building and Region-building in the Baltic, North and Black seas areas. The Fourth International Conference on Nordic and Baltic Studies, Constanta, Romania, May 24 – 26, 2013

[24] O. Culicov, I. Bancuta, R. Setnescu, A. Chilian, T. Setnescu, M. Frontasyeva, Investigation of some therapeutic muds collected at different sites in Romania: preliminary results, 21st International Seminar on Interaction of Neutrons with Nuclei: «Fundamental Interactions & Neutrons, Nuclear Structure, Ultracold Neutrons, Related Topics», Alushta, Ucraina, May 20 - 25, 2013

[25] I.V. Popescu, M. Frontasyeva, C. Stihi, A. Ene, S. Cucu-Man, R. Tudoran, O. Culicov, I. Zinicovscaia, My Trinh, S.S. Pavlov, C. Radulescu, A. Chilian, A. Gheboianu, R. Bancuta, Gh. V. Cimpoca, I. Bancuta, I. Dulama, L.G. Toma, A. Bucurica, G. Dima, E.D. Chelarescu, R. Drasovean, A. Sion, S. Condurache-Bota, R. Buhaceanu, D. Tarcau, D. Todoran, Moss biomonitoring of air quality in Romania, 21st International Seminar on Interaction of Neutrons with Nuclei: «Fundamental Interactions & Neutrons, Nuclear Structure, Ultracold Neutrons, Related Topics», Alushta, Ucraina, May 20 - 25, 2013

[26] A. Chilian, R. Bancuta, I. Bancuta, R. Setnescu, C. Radulescu, T. Setnescu, Gh. V. Cimpoca, I. V. Popescu, A. Gheboianu, R.-M. Ion, The influence of high zinc concentrations from soil on absorption and transport processes of copper, manganese, iron in Zea Mays L, 13th International Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, Romania, July 07-09, 2013

[27] R. Bancuta, I. Bancuta, R. Setnescu, A. Chilian, T. Setnescu, R. Ion, Gh. V. Cimpoca, I. V. Popescu, A. Gheboianu, O. Culicov, The determination of heavy metals in sewage sludge from Dambovita county to be used in agriculture, 13th International Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, Romania, July 07-09, 2013

[28] I. V. Popescu, M. Frontasyeva, C. Stihi, A. Ene, S. Cucu-Man, R. Todoran, O. Culicov, I. Zinicovscaia, My Trinh, S.S. Pavlov, C. Radulescu, A Chilian, A. Gheboianu, R. Bancuta, Gh. V. Cimpoca, I. Bancuta, I. Dulama, L.G. Toma, A. Bucurica, G. Dima, E.D. Chelarescu, R. Drasovean, A. Sion, S. Condurache-Bota, R. Buhaceanu, D. Tarcau, D. Todoran, Moss biomonitoring of air quality in Romania, 13th International Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, Romania, July 07-09, 2013

[29] E. D. Chelarescu, C. Stihi, C. Radulescu, A. Chilian, L. Toma, Characterization of honey quality using highly sensitive analytical methods, 13th International Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, Romania, July 07-09, 2013



[30] I. Popescu, C. Stihi, A. Ene, S. Cucu-Man, R. Todoran, C. Radulescu, I.D. Dulama, A. Chilian, M.V. Frontasyeva, O. Culicov, I. Zinicovscaia, My Trinh, S.F. Gundorina, S.S. Pavlov. Atmospheric deposition of major and trace elements in Romania studied by NAA and AAS: moss survey 2010/2011. Book of Abstracts, ICP Vegetation. 27th Task Force Meeting and ozone workshop, Paris, France, p.70, January 28 – 30, 2014

[31] A. Chilian, O.-R. Bancuta, I. Bancuta, R.-M. Ion, R. Setnescu, A.-I. Gheboianu, T. Setnescu, C. Radulescu, I.V. Popescu, G. Dima, The anthocyanins stability to light and pH for its use in DSSC, The 14th International Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, Romania, July 2-4, 2014.

[32] O. R. Bancuta, I. Bancuta, A. Chilian, R. Setnescu, T. Setnescu, R. Ion, Gh.V. Cimpoca, I.V. Popescu, A.I. Gheboianu, Gh. Vlaicu, Thermal characterization of the resveratrol, The 14th International Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, Romania, July 2-4, 2014.

[33] R. Bancuta, I. Bancuta, R. Setnescu, A. Chilian, T. Setnescu, I. V. Popescu, A. Gheboianu, O. Culicov, Monitoring of sludge from wastewater treatment plants in Dambovita county: Determination of heavy metals concentrations by analytical methods, The 14th International Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, Romania, July 2-4, 2014.

[34] O.-R. Bancuta, I. Bancuta, A. Chilian, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, A. Gheboianu, M. Lungulescu, FT-IR and UV-vis characterization of grape extracts used as antioxidants in polymers, 2nd International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, September 17-21, 2014.

[35] C. Radulescu, C. Stihi, C. Necula, I.V. Popescu, L.G. Toma, C. Popa, A. Onache, A. Chilian, Study concerning the heavy metals influence on the flavors of red wines, 2nd International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, September 17-21, 2014.

[36] A. Chilian, O.-R. Bancuta, I. Bancuta, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, A. Gheboianu, V. Marinescu, C. Radulescu, Characterization of ZnO and SnO2:F materials by SEM for their use in the manufacture of DSSC, 2nd International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, September 17-21, 2014.

[37] C. Radulescu, S. Iordache, D. Dunea, C. Stihi, I.D. Dulama, A. Chilian, Risks assessment of heavy metals on public health associated with atmospheric exposure to PM2.5 in urban area, 2nd International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, September 17-21, 2014.

[38] I.D. Dulama, C. Radulescu, C. Stihi, I.V. Popescu, P. Bretcan, D. Tanislav, I. Ionita, A. Chilian, Assessment of heavy metals level in water and therapeutic mud of several salt lakes from Romania, 2nd International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, September 17-21, 2014.

[39] O.-R. Bancuta, I. Bancuta, A. Chilian, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, C. Radulescu, C. Stihi, A. Gheboianu, I.V. Popescu, Statistical studies regarding Folin-Ciocalteu index determination by UV-Vis spectrophotometry, Psysics Conference TIM - 14, Timisoara, Romania, November 20 – 22, 2014.

[40] A. Chilian, O.-R. Bancuta, I. Bancuta, R.-M. Ion, R. Setnescu, V. Marinescu, T. Setnescu, I. Zinicovscaia, O. Culicov, M. Frontasyeva, C. Stihi, C. Radulescu, A. Gheboianu I.V. Popescu, Characterization of TiO2 nanoparticles, used in the manufacture of DSSC, by NAA and SEM techniques, Psysics Conference TIM - 14, Timisoara, Romania, November 20 – 22, 2014.

[41] O.-R. Bancuta, A. Chilian, I. Bancuta, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, A. Gheboianu, Behaviour of gelatin, stabilized with natural antioxidants, in diferent biological fluids, 15th International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science, Constanta, Romania, July 2-4, 2015.

[42] A. Chilian, O.-R. Bancuta, I. Bancuta, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, A. Gheboianu, A. Bucurica, C. Radulescu, Thermal deposition of TiO2 nanoparticles on SnO2:F electrodes used in DSSC, 15th International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science, Constanta, Romania, July 2-4, 2015.

[43] I. Bancuta, T. Setnescu, R. Setnescu, I.V. Popescu, O.-R. Bancuta, A. Chilian, A. Gheboianu, Gh. Vlaicu, Migration of cu ions in polyethylene XLPE insulation by thermal stress, 15th International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science, Constanta, Romania, July 2-4, 2015.



[44] O.-R. Bancuta, I. Bancuta, T. Setnescu, A. Chilian, R. Setnescu, I.V. Popescu, A. Gheboianu, O. Culicov, Gh. Vlaicu, Heavy metals contents from the municipal and industrial sludges in Dambovita county, 15th International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science, Constanta, Romania, July 2-4, 2015.





TEZĂ DE DOCTORAT



DOCTORAND :

Andrei CHILIAN

TÂRGOVIŞTE

2015





RESEARCH ON PHOTOVOLTAIC

CONVERSION OF SOLAR ENERGY BY

SPECTRAL PHOTOSENSITIVITY OF

DYEING NANOMATERIALS



DOCTORAND :

Andrei CHILIAN

TÂRGOVIŞTE

2015

1

INDEX

CHAPTER 1. THE EPISTEMOLOGICAL APPROACH OF THE

RESEARCH

1.1. Research Context

1.2. Thesis structure

3

3

3

CHAPTER 2. MATERIALS AND TECHNIQUES USED FOR

OBTAIN OF DYE SENSITIZED PHOTOVOLTAIC CELLS

(DSSC)

2. 1. Structure dye sensitized solar cells

5

5

CHAPTER 3. EXPERIMENTAL PART

3.1. Materials used to manufacture dye sensitized solar cells

3.1.1. Transparent conductive materials used to manufacture

dye sensitized solar cells

3.1.1.1. Tin oxide (SnO2:F)

3.1.1.2. Zinc oxide (ZnO)

3.1.2. Materials used for the production of n-type element

3.1.2.1. Titanium oxide (TiO2)

3.1.3. Materials used to obtain p-type element

3.1.3. Materials used for the electrolytes

3.2. Preparation and characterization of natural dyes

3.2.1. Achieving of natural dyes

3.2.2. Characterization of natural dyes used in the

manufacture of DSSC

3.2.2.1. Stability of anthocyanins to light

3.3. Microscopic and chemical characterization of the TCO used

in the manufacture of electrodes in DSSC

3.3.1. Tin oxide doped with fluorine (SnO2:F)

3.4. TiO2 nanoparticles characterization by SEM

3.4.1. Characterization of TiO2 powders used in the

manufacture of DSSC

3.5. Electrical and optical properties of transparent conductive

materials based on SnO2:F

7

7

7

7

7

8

8

9

9

10

10

10

11

12

12

15

15

16

2

3.5.1. Electrical characterization of transparent conductive

materials

3.5.2. Determination of total electrical resistance of the surface

by Van der Pauw method

3.5.3. Optical characterization of transparent conductive

materials

3.6. Porphyrin dyes characterization of photovoltaic cells used in

manufacture of dye sensitized solar cells (DSSC)

3.7. TiO2 nanoparticles characterization used in DSSC by NAA,

AFM and XRD

3.8. Performance criteria for electrolytes used in the

manufacture of DSSC

3.9. Electrical performance parameters of photovoltaic cells

sensitized with organic dyes (DSSC)

3.9.1. General terms of electrical parameters of dye-sensitized

solar cells (DSSC)

3.9.2. Preparation of dye-sensitized solar cells (DSSC)

3.9.3. Characterization of dye-sensitized solar cells

3.9.3.1 TPP-Pd sensitized photovoltaic cells

3.9.3.2. Natural dye sensitized solar cells

3.9.3.3. Conclusions

16

17

18

20

22

26

27

27

28

28

28

29

30

CHAPTER 4. CONCLUSIONS. CONTRIBUTIONS. PERSPECTIVES 31

BIBLIOGRAPHY 33

3

CHAPTER 1.

THE RESEARCH OF THE EPISTEMOLOGICAL APPROACH

1.1. Research Context

It seems that the people’s struggle to get energy is never-ending [1]. For thousands of

years it has exploited or attempted to exploit any possible energy.

The twentieth century is perhaps the greatest period of human aspirations towards this

type of resource. As we know, all the technological „luxury” we have at the moment from the

modern ways of transportation to ultra-derrn computers is a major consumer of energy. The

problem of environmental impact of different energy generation technologies arose only in

recent decades, while restricting access to traditional resources and a range of climate change

when the technologies of production and the use of energy were applied. Fossil fuels,

radioactive material throughout history have produced a number of effects associated [3],

unexpectedly affecting the ozone layer [4], increased greenhouse effect [5-7], global warming

[8-10], nuclear accidents [ 11-13] and others. Man, being rational and irrational over time in

resource exploitation in recent years has identified the possibility of using alternative forms of

energy production [14; 15], of which perhaps the most promising is the solar energy [16; 17].

The purpose of this work is to improve the level of knowledge in the field of

photovoltaic cells, and especially photovoltaic cells sensitized with dyes. As this type of

photovoltaic cells can be easily achieved at a very low cost, there is still a process of working

on increasing their conversion efficiency and lifetime as possible.

1.2. Thesis structure

This doctoral thesis entitled "Research on photovoltaic conversion of solar energy

by spectral photosensitivity of dyeing nanomaterials" consists of 4 chapters, comprising a

detailed theoretical study as regards the obtaining of the photovoltaic cells sensitized with dyes

and the experimental part referring to this issue

CHAPTER 1 describes the epistemological positioning of the research, including issues

and the research’s objective, the hypotheses, the experimental and statistical techniques used

in the acquisition and interpretation of data and thesis’ structure.

CHAPTER 2 defines the theoretical part of this study to obtain organic dyed sensitized

solar cells, including the description and manner of obtaining the materials, directions to

4

improve their mechanism of converting sunlight into electricity. This chapter emphasizes the

identifying the cheap and practical methods for obtaining organic dye sensitized solar cells.

CHAPTER 3 is the most voluminous part of this research, the results comprising the

steps taken to achieve the hypotheses of this study. In this chapter, information regarding the

materials used, the methods of obtaining analytical results and statistical methods for the

interpretation of results have been incorporated.

Methods for the extraction of natural colors from various samples and their main

properties have been described. Their behavior in the light has also been studied, the changes

in pH and the results were monitored by UV-Vis spectrophotometer. Porphyry dyes used in

this study were characterized in terms of optical performance by UV-Vis and information on

their structure was obtained by FT-IR spectroscopy.

TiO2 nanoparticles were investigated by neutron activation analysis (NAA), scanning

electron microscopy (SEM) and X-ray crystallography diffraction (XRD). Transparent

conducting materials were analyzed by electron microscopy (SEM), UV-Vis

spectrophotometry. Also, electrical measurements were made based on these.

Electrolytes prepared (LiI/I2, NaI/I2, KI/I2) in alcoholic solution were investigated by

FT-IR spectroscopy and UV-Vis spectrophotometry. The sediments of TiO2 nanoparticles were

performed thermally, after which the deposits were analyzed by atomic force microscopy

(AFM), UV-Vis spectrometry and X-ray diffraction crystallography (XRD).

Testing of electrical parameters of photovoltaic cells was performed using light sources

of different power. Chapter 4 contains general conclusions regarding this thesis, emphasizing

the innovations. This chapter highlighted the main elements of originality in this thesis.

5

CHAPTER 2.

MATERIALS AND TECHNIQUES OF OBTAINING DYED

SENSITIZED PHOTOVOLTAIC CELLS (DSSC)

If scientifically the development and study of all forms of photovoltaic cells calls for

interest,t he global economy is concerned in finding photovoltaic cells as efficient and cheap

as possible. Basically, from the classification above, it appears that the most interesting

photovoltaics in this regard are the generation III [18]. To develop the production technology

of photovoltaic cells to parameters specific to that (low cost production and conversion

efficiency as high) [19], people are still working to improve photovoltaic cells from older

generations (Generation I and II), some of which are in early stages of development, such as

DSSC [20].

From the second generation photovoltaic cells, a great interest is shown by those that

are sensitized with organic dyes [21]. The rather small cost of their component materials and

the development related to the improvement of conversion parameters in recent years (reached

14%, according to NREL [22]) draws the attention of many scientists on these types of

photovoltaic cells.

Essentially, the principle of such cells is to raise the sensibility of some metal oxide

nanoparticles (TiO2, ZnO) on sunlight [23-26], which previously absorbed photoactive dye on

the surface of a semiconductor material. After the appearance of the work of Brian O'Regan

and Michael Gratzel "A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitizied colloidal

TiO2 films" in Nature journal in 1991 [19], there was a boom in solar cells sensitized with

organic dyes. Moreover, according to Google Scholar, the article has more than 14,000

citations [27]!

If they succeed in creating photovoltaic cells sensitized with organic dyes on the

competitive market [28], the use of photovoltaic cells based on silicon would be restricted to

applications less accessible to the DSSC sites, for example, vehicles and technologies space

[29].

2.1. The structure of the dyed sensitized solar cells

As noted above, dye-sensitized solar cell structure is relatively simple organic. The

main components of these are (Figure 1) [30; 31]:

- Anode based on a transparent conductive material (ITO, FTO, ZnO)

6

- A layer of TiO2 or ZnO nanoparticles,

- An organic dye (ruthenium organic dyes, with other metal ions, without metal ions or

natural dyes)

- An electrolyte (often it is used electrolyte based on iodide),

- A cathode (based on platinum or gold, but it may be a cathode based on transparent

conductive material coated with a very thin layer of platinum) .

Figure 1. Illustration of the operating principle and structure of the organic dye-sensitized solar cells [32]

7

CHAPTER 3.

EXPERIMENTAL PART

3.1. Materials used to manufacture dye sensitized solar cells

3.1.1. Transparent conductive materials used to manufacture dye sensitized solar

cells

3.1.1.1. Tin oxide (SnO2:F)

Tin oxide coated glass used in PV applications can be obtained by APCVD [33 - 35].

The substrate temperature is maintained at 650 oC and the films grow with a textured surface

morphology. Most often, the fluorine dopant is used, resulting SnO2: F. Film strength can vary

between 5-8 ∙ 10-4 Ωcm. SnO2:F commercially available optical absorption coefficient is

relatively high in the visible range (400 - 600 cm-1). Compared to ZnO, it is thermally stable

and chemically inert. Tin oxide films are easily reduced by hydrogen plasma, thereby

increasing the optical absorption. High processing temperatures have a positive effect in

improving the properties of SnO2 films used in the manufacture of photovoltaic panels. [36]

SnO2 has a relatively simple structure, very similar to that of rutile (TiO2). Each tin

atom is surrounded by six oxygen atoms to the octahedral network, and each oxygen atom is

bound to other atoms of tin in the same plane. (Figure 2) band gap of 3.6 eV and it is direct.

[37, 38]

Figure 2. The crystal structure of SnO2. [38]

3.1.1.2. Zinc oxide (ZnO)

Zinc oxide exists in several forms, characterized by different crystal structures: rocksalt

[39], zinc blende [40] and wurtzite [41] (Figure 3).

8

In their natural zinc oxide is hexagonal crystal structure of wurtzite. Its density is 5.675

g/cm3. [42]

Figure 3. Types of characteristic ZnO crystal structures: a) rockasalt, b) blende, c) wurtzite. [43]

ZnO link has a very high degree of polarity, due to the fact that oxygen has a large

electronegativity. [42]

Although there are many interesting properties about this material [44; 45], for this

thesis, the most important aspect is its use in the organic photovoltaic cells, dye sensitized.

ZnO can be used easily as n-type element, because the high concentration of electrons

(1020/cm3). Also, the ZnO nanoparticles can be easily prepared with very low cost by a variety

of methods. [43]

3.1.2. Materials used for the production of n-type element

The dye sensitized photovoltaic cell manufacturing (DSSC), one of the most important

points is the right material for the manufacture of photoanode [46-48]. This component must

have a band conduction electron density to avoid their recombination, a large area and to be a

semiconductor. In this way, the maximum light absorption is ensured by the dye molecules,

not being affected by the electrical properties of the substrate. [49]

3.1.2.1. Titanium oxide (TiO2)

Due to the porous nature of nanocrystalline titanium dioxide (TiO2), deposits of this

material have a high surface adsorption of the dye molecules and energy to ensure the required

levels of dye-semiconductor interface. The energy level lower to the conduction band energy

level of the dye allows an efficient electron injection from the dye to the semiconductor. [49]

In general, dye sensitized solar cells (DSSC) is used with the TiO2 as anatase. It has

high stability and a large band gap. [50-52]

9

3.1.3. Materials used to obtain p-type element

P-type element for dye-sensitized solar cells is a photoactive dye.

There are several categories of photoactive dyes:

- Natural colors [53; 54];

- Organic dyes based on ruthenium [55; 56];

- Dyes porphyrin with metal cation [57; 58];

- Organic dyes without metal cations. [59]

The high-yield conversion of light into electrical current is given by organic dyes based

on ruthenium, but given the high cost of ruthenium (which is a platinum group metal),

searching for cheaper alternatives of dyes.

A very high conversion of light into electricity is provided and porphyrin dyes. Lately,

scientific research in the field have discovered a lot of very efficient porphyrin dyes.

Another important group of dyes are organic dyes without metal cations. This category

is very diverse and these dyes include dyes based on cyanine, phenothiazine, coumarin, indole

and others.

The cheapest dyes are certainly natural. The many natural sources and relatively simple

methods of their extraction from plant material, making them a potential competitor for other

groups of dyes. The great disadvantage thereof is very low conversion efficiency and lower

stability to physical and chemical factors.

In this thesis, the dyes used in the manufacture of photovoltaic cells were natural and

porphyrin-based.

From category of natural, in this PhD thesis were used anthocyanins from various

sources such as red cabbage, blueberries, pomegranate, plums.

From porphyrin dyes group in this study were used seven porphyrin dyes with metal

cations and a porphyrin dye without metal cation.

3.1.4. Materials used to obtain the electrolytes

The electrolyte is a very important part of a dye sensitized solar cell. Its role is to

regenerate the oxidized dye molecules and to complete the electrical circuit of electrons

through the mediation of an electrode to the other. The electrolyte must have high electrical

conductivity to ensure burden sharing between the opposite electrode and the semiconductor

material (TiO2 nanoparticles). [60-62]

A key factor for the solvent is that it is not lost through leaks, have thermal stability,

chemical, electrochemical and optical long. In any event electrolyte should not have

absorbance in the absorption of the dye. [63; 64]

10

There are 3 types of electrolytes currently used in the manufacture of dye-sensitized

photovoltaic cells [65]:

- liquid electrolytes I-/I3- based on organic solvents (acetonitrile, typically)

- ionic liquid electrolytes based on inorganic salt or mixture of salts;

- solid electrolytes.

The most commonly used liquid electrolytes are those based on NaI, LiI, and R4NI in

solvents such as acetonitrile, propylene carbonate, propionitrile or ethanol. Although in the past

it has been tried to use as solvent water, but it not recommended as a solvent due to instability

of iodide, which in the presence of water passes into iodate (IO3-) without formation of

triiodide. This phenomenon reduces the dye sensitized solar cell performance. [66]

3.2. Preparation and characterization of natural dyes

3.2.1. Achieving of natural dyes

To obtain natural colors has been used solid-liquid extraction. As the solvent used was

a mixture of ethanol (C2H5OH) acetic acid (CH3COOH): water (H2O) 70:7:23 (parts by

volume).

Extraction was performed in the dark for 5 days.

Extracts were obtained peel plum, pomegranate, blueberries, red cabbage.

3.2.2. Characterization of natural dyes used in the manufacture of DSSC

Figure 4. UV-Vis spectrum of blueberries extract.

0

1

2

3

4

5

6

7

0 200 400 600 800 1000 1200

Ab

sorb

ance

Wavelength (nm)

11

The main analytical technique used to extract investigation was UV-Vis

spectrophotometry. With its extracts were analyzed to understand their optical properties and

the interaction with sunlight.

Most absorbance had the blueberries extract (Figure 4). This marked the absorbance

values greater than 3 on the 190-600 nm.

Table 1. Pearson correlations between UV-Vis spectra of extracts of blueberry, plum, pomegranate and red

cabbage

ExBluebe

rries

ExPlum ExPomegr

anate

ExRedCabbage

ExBlueberries 1 0,811** 0,761** 0,619**

ExPlum 0,811** 1 0,885** 0,854**

ExPomegranate 0,761** 0,885** 1 0,818**

ExRedCabage 0,619** 0,854** 0,818** 1

**. P < 0,01. N=4551

From Pearson correlations (Table 1) applied to the spectra of extracts of blueberry,

plum, pomegranate and red cabbage can see the most important correlations are between the

pomegranate extract spectrum and the plum extract spectrum. (0.885, p <0.01). From Figure 4

we can see that most values absorbance spectrum over 3 are to be found at the blueberry extract,

whose correlations with its spectrum are of major importance.

Thus, the spectrum of the cranberry extract is in correlation with the other spectra in the

following order: plum extract (0.811, p <0.01), pomegranate extract (0.761, p <0.01), red

cabbage extract (0.619, p <0,01).

As mentioned above, the red cabbage extract has the weakest optical performance

compared cranberries.

3.2.2.1. Stability of anthocyanins light

Because light is necessary for the DSSC's, it should be seen as a negative factor that

could lead to the degradation of anthocyanins in time. For this, it studied the effect of light on

different intervals after exposure extracts it.

12

Figure 5. UV-VIS spectra of the extract irradiated for 1, 2, 3, 4 hours to a source of light of 40 W.

As a light source a tungsten filament lamp 40 and the other 60 W were used . The

irradiation was done on the extract for different time periods: the lamp of 40 W (1, 2, 3, 4

hours) (Figure 5) and the lamp of 60 W (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 h).

As shown in Figure 5, it can be concluded an increase in transmittance at a wavelength

of 430 nm. This wavelength corresponds to E-chalcone. Although the chart seems that this

compound during irradiation and thus affect the absorbance and the concentration of this

compound in the extract, irradiation at 60 W shows conflicting data.

To verify that the extract chemical changes have taken place under the action of light,

there is a need for a statistical analysis of the data.

The irradiation is attributed component 1 (-0.656), but apparently it has an effect on

extracts rather small (in terms of content of anthocyanins). Also, it can be concluded that the

increase of duration of irradiation decreases the transmittance at the wavelengths analyzed.

This may mean increasing the concentration of the chemical species in the extract by light.

3.3. Microscopic and chemical characterization of the TCO used in the

manufacture of electrodes in DSSC

3.3.1. Tin oxide doped with fluorine (SnO2: F)

To achieve the experimental part, fluorine-doped tin oxide was used (FTO, Sigma

Aldrich). According to the manufacturer it is actually a bottle covered with a layer of SnO2:F.

Due to the exceptional properties of this material for transparent conductive oxide (TCO),

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

190.00 390.00 590.00 790.00 990.00

40 w 1 h

40 w 2 h

40 w 3 h

40 w 4 h(Tra

nsm

itte

nce

%)

Wavelength (nm)

13

described in more detail in the first report it can be successfully be used in the construction of

DSSC.

To study surface topography the used technique was the electron microscopy (SEM).

SEM image interpretation, as many authors say, does not require much knowledge in the field

and thus individual researcher can to make a primary opinion on the outcome.

For a good characterization of surface tension worked with <5 kV. The application of

higher voltage is used only when it is desired to find out information on the composition and

internal structure of the material. Tension FTO chosen to characterize material surface was 2

kV.

By changing the degree of amplification at 1.00 KX KX 100.00 (Figure 7), we can see

the uniformity of the surface of the material. The degree of amplification of 1.00 KX some

stains can be seen on the material, their appearance may be due to several factors (Figure 6).

Figure 6. Surface Topography of FTO material (SnO2:F) at the degree of amplification 1 KX and voltage 2 kV,

using the combined signal of the secondary and backscattering electrons.

14

Figura 7. Surface Topography of FTO material (SnO2:F) at the degree of amplification 100 KX and

voltage 2 kV, using the combined signal of the secondary and backscattering electrons.

Figure 8. XRF spectra measurements made on FTO material

Choosing 6 points over a distance of about 6 microns, with a distance between points

of about 1 mm, the chemical composition of these technical points was determined using X-

ray fluorescence (XRF). The degree of amplification was chosen by 50 KX.

The XRF analysis (Figure 8) have been identified four majority of chemical elements:

- Tin (Sn);

15

- Oxygen (O);

- Silicon (Si);

- Calcium (Ca).

Table 2. Principal components analysis results of the analysis performed on the chemical composition of SnO2:

F

Component

1 2

O -0,967 -0,252

Si 0,852 0,517

Ca 0,164 0,986

Sn 0,998 0,045

Assigning the same components Sn and O shows that lowering the concentration of Sn

(0,998) of material increases oxygen concentration (-0.967), even in a material in which oxides

are present almost exclusively. If the material should be composed of SnO2 purity 100%

(theoretically), the fraction of oxygen would be 21.23% as the fraction of oxygen in the material

is 26.79%, and this shows that increasing the concentration of tin PCA It is related to the

decrease of the oxygen concentration (Table 2).

3.4. TiO2 nanoparticle characterization by SEM

3.4.1. Characterization of TiO2 powders used in the manufacture of DSSC

TiO2 nanoparticles are a key element in terms DSSC's. As in the case of materials used

to manufacture the electrode, a study of nanoparticles requires a strictly observation on the

surface. Dye sensitized solar cells with efficiency (DSSC) depend heavily on the size of TiO2¬

nanoparticles. The smaller the diameter thereof is, the more contact between them and the

surface of the photosensitive dye.

The best surface analysis is scanning electron microscope (SEM).

The 3 TiO2 samples were analyzed by SEM (2 samples of analytical and technical grade

1). The notations used for these powders: PA1; PA2; PT1.

Working voltage has been 3 kV and 1 KX degree of amplification, the sample PA1 can

be seen very small TiO2 formations unevenly distributed. At 10 KX, the particles of the same

size appear distributed in various sizes crowded. At 50 KX, it appears in the image formation

of TiO2 particles composed of a few microns in diameter. At a higher degree of amplification

16

can better discern TiO2 particles and their form is also seen. This powder has particles ranging

in size from approx. 100 - 500 nm (Figure 9).

Figure 9. Particle size of TiO2 (PA1) viewed at the voltage 3 kV and the degree of amplification of the 100 KX.

3.5. Electrical and optical properties of transparent conductive materials based

SnO2:F

The fact that the dyes sensitized solar cells (DSSC), no light absorption occurs on the

surface of the assembly, but inside it complicates selection of materials that could meet two

conditions: to be transparent and be electrically conductive.

Materials investigated in this study, namely, glass plates covered with a layer of SnO2:

F, satisfy in a very good measure these conditions.

3.7.1. Electrical characterization of transparent conductive materials

Identifying conductive surface defects is an important point in the study of these

materials [67] used to manufacture dye sensitized solar cells (DSSC). There are various

possibilities for their identification:

- By comparing electrical parameters in different portions of the surface;

- By comparing the chemical composition at different points of the area;

- By comparing the structure at various points of the surface area;

- By comparing the transmittance in the different areas of the surface.

Electrical characterization of transparent conductive materials is important because too

much resistance in some parts of the material can lead to loss of electricity and thus decreases

the efficiency of the whole assembly to convert sunlight into electricity.

In order to characterize the material in terms of using two methods:

17

- Surface resistance measurement of material by the meter to 2 points;

- Material surface resistance measurement with 2 to 4 points multimeters (Van

der Pauw method).

3.7.2. Determination of total electrical resistance of the surface by Van der Pauw

method

Determination of total surface electrical resistance (Rs) provides an overview on the

electrode.

Van der Pauw method can cause electrical resistance of a film surface (R). Knowing

the electrical resistance and conductor thickness deposited can easily determine the resistivity

(ρ) and its conductivity (σ).

This method has several major advantages:

- Can be applied to measurements of resistivity, even when the geometry of

samples s unknown;

- Can be applied to determining the resistivity of semiconducting materials, but

also of the composite.

Figure 10. The assembly of the circuit for determining the electrical resistance of the surface by Van der Pauw

method.

The Van der Pauw method they were characterized by four pads SnO2: F (Figure 10),

purchased commercially. The warranty for these materials a maximum electrical resistance of

the surface of 7 Ω/ area. Experimentally, it was observed that the electrical resistance of the

surface (RS) for these plates is much smaller (max. 2930 Ω / FTO surface 2, Table 3).

18

Table 3. The electrical characteristics of the transparent conductive materials on the basis of SnO2: F,

determined by means of Van der Pauw

FTO 1 FTO 2 FTO 3 FTO 4

Voltage (mV) UAD = 66,5

UAB = 67,5

UBC = 69,8

UDC = 64,4

UAD = 65,4

UAB = 63,5

UBC = 67,2

UDC = 66,9

UAD = 66,4

UAB = 61,5

UBC = 59,9

UDC = 68,3

UAD = 61,5

UAB = 64,8

UBC = 64,7

UDC = 63,8

Intensity (mA) IBC = 104

IDC = 105

IAD = 109

IAB = 101

IBC = 99,8

IDC = 102

IAD = 103

IAB = 102

IBC = 101,5

IDC = 96

IAD = 93,5

IAB = 110

IBC = 99

IDC = 100,9

IAD = 100,2

IAB = 99,5

Rezistance (Ω) RDA,BC = 0,639

RAB,CD = 0,643

RBC,DA = 0,640

RCD,AB = 0,638

RDA,BC = 0,655

RAB,CD = 0,623

RBC,DA = 0,652

RCD,AB = 0,656

RDA,BC = 0,654

RAB,CD = 0,641

RBC,DA = 0,641

RCD,AB = 0,621

RDA,BC = 0,621

RAB,CD = 0,642

RBC,DA = 0,646

RCD,AB = 0,641

Horizontal

Resistance,

Rhorizontal (Ω)

Rhorizontal = 0,640 Rhorizontal = 0,639 Rhorizontal = 0,631 Rhorizontal = 0,642

Vertical Reistance,

Rvertical (Ω)

Rvertical = 0,640 Rvertical = 0,654 Rvertical = 0,647 Rvertical = 0,633

Surface

Resistance, RS

(Ω/surface)

RS = 2,901 RS = 2,930 RS = 2,897 RS = 2,890

As the values obtained show, it can be mentioned that the materials obtained were

obtained by the same method and, possibly, are from the same batch.

3.5.3. Optical characterization of transparent conductive materials

The performance of transparent conductive materials on the optical transmittance is

recognized. This area, due to the variety of applications, extending expansive, including new

materials in this category. [68, 69]

In this study, fluorine-doped tin oxide (SnO2: F, known under the abbreviation of FTO

from Tin Oxide doped fluoride-) was used to develop applications converting solar energy into

electricity. This material is characterized

Transmission tests were performed using the UV-Vis Analytik Jena Specord 250 plus

spectrophotometer, at the Wastewater Laboratory Targoviste, Water Company Targoviste -

Dambovita.

19

In this doctoral thesis, this material was characterized in terms of efficiency in

photovoltaic cells sensitized with dyes (DSSC).

Through UV-Vis spectrophotometry were studied optical parameters of the 4 plates of

SnO2:F, marked as FTO 1, FTO 2, FTO 3, FTO 4.

Figure 11. SnO2: F Transmittance (FTO1) before (FTO1 positions 1, 2, 3, 4) after the deposit of TiO2 (FTO1 with TiO2).

Investigations into the optical efficiency of the electrodes in SnO2:F were performed in

positions 1, 2, 3, 4, marked with blue (prior to the filing of TiO2 nanoparticles) and the position

marked red (after the deposit of TiO2 nanoparticles).

Using statistical methods, areas of abnormal optical transmittance were identified (in

the case of areas with lower transmittance). They affect the efficiency of converting sunlight

into electricity.

As shown in the Figure 11, the optical transmittance into the four points (prior to the

submission of the nanoparticles of TiO2) has roughly the same tendency. It is noted that this

material has a transmittance of more than 60%, starting with the wavelength of 400 nm. Below

this wavelength, the optical transmittance is considerably lower, and below 300 nm in length

is close to 0%.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 200 400 600 800 1000 1200

FTO1 Pozitia 1

FTO1 Pozitia 2

FTO1 Pozitia 3

FTO1 Pozitia 4

FTO1 cu TiO2

Tra

nsm

itta

nce

(%

)

Wavelength (nm)

20

Although, as it has been said before, the resistance of the surface plates (RS) describes

the whole ensemble, this indicator depends very little with the transmission and the average

resistance obtainable through the 2 points method.

Table 4. Pearson correlations between Rs, Raverage, Taverage

RS Raverage Taveragee (fara

FTO3_3)

Taverage (cu

FTO3_3)

RS 1 0,435 -0,450 -0,565

Raversge 0,435 1 -0,976* -0,853

Taverage (fara FTO3_3) -0,450 -0,976* 1 0,735

Taverage (cu FTO3_3) -0,565 -0,853 0,735 1

*. Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed). N = 4

Strong inverse correlation (-0.976, p <0.05) between the transmittance (excluding

FTO3_3 position, seen differently from the other according to the main component analysis)

and average resistance (obtained through the average of all resistance values measured on each

plate separately) show that these two indicators are related (Table 4).

3.6. Characterization of porphyrin dyes used in the manufacture of photovoltaic

cells sensitized with dyes (DSSC)

An extremely important element in dye sensitized photovoltaic cell (DSSC) is the dye.

Though other parts of this ensemble interact with sunlight, "the start" of the transformation

process of sunlight into electricity begins with the p element. Depending on the absorption

field, it increases or decreases the efficiency of the conversion.

The top dyes used in the DSSC production remain to be the ruthenium based dyes, a

metal from the platinum range. [70] This does not seem to be an advantage taking into account

that ruthenium is an expensive metal.

This has encouraged researchers to identify cheaper dyes, having at least the same

properties as ruthenium-based dyes. The studies showed that in the industry for the

manufacture of photovoltaic cells based on dyes entered the porfirinic dyes. [71]

This type of dyes were inspired from nature, following the example of chlorophyll. This

is the basis of life on Earth, transforming (from ancient times) light into chemical energy.

Scientists have concluded that costs for preparing such a dye are lower than other

analogue dyes (the ruthenium) and the porphyrin dye YD-2 can increase the efficiency of the

conversion of sunlight into electricity at an efficiency of up to 11%. [72] ] This can be an

21

important argument in the replacement of ruthenium based dyes with the porphyrinic dyes,

taking into account that one of the most efficient ruthenium based dyes, Z991 produces a

conversion efficiency of solar energy into electricity up to 12, 3 %. [73]

Figure 12. Tetraphenylporphyrin (TPP)

There are several benefits linked to the use of these dyes:

- Multiple π-type connections in the molecule, which increases the probability of

quantum absorption of light;

- Low solubility in the polar solvents: water, ethanol, which can extend the life of

solar cells sensitized with dyes on the basis that the dye remains stable, fixed to

the surface of the n item (TiO2 nanoparticles);

- Lower cost than other dyes that produce the same efficiency conversion of light

into electricity;

- Easy to produce;

- Wide range of dyes with varied absorption areas.

Figure 13 Metalloporphyrins based on tetraphenylporphyrin where Me is a divalent metal (in this experiment: Cu, Cd, Zn,

Pb, Pd, Mg)

22

In this research, we have been studying porphyrin dyes (Figure 12-14): TPP

(tetraphenylporphyrin), TPP-Zn (zinc tetraphenylporphyrin), TPP-Cd (cadmium

tetraphenylporphyrin), TPP-Pd (palladium tetraphenylporphyrin) TPP- Pb (lead

tetraphenylporphyrin) TPP- Cu (copper tetraphenylporphyrin), TPP-Mg (magnesium

tetraphenylporphyrin), TNP-Mg (magnesium tetranaftilporphyrin).

In order to investigate the optical properties of porphyrin dyes, the solutions were

prepared by dissolving the mass of each dye in chloroform and ethanol based solvent (1: 1 v /

v).

Figure 14. Mg tetranaftilporphyrin

The research on the dyes were made by FT-IR (using Bruker Vertex 80

spectrophotometer from ICSTM, University Valahia, Table 5) and UV-Vis spectrophotometry

(with the Analytik Jena Specord 250 plus spectrophotometer from The Wastewater Laboratory

Targoviste, The Water Company Targoviste - Dambovita). By using the FT-IR spectroscopy

we tried to identify the groups in each porphyrin structure. Through the UV-Vis

spectrophotometry we investigated not only the absorption spectrum of each porphyrin, but

also the optimum concentration of porphyrin dye for a more efficient conversion.

3.7. The characterization of TiO2 nanoparticle used in DSSC by NAA, AFM and

XRD

TiO2 powders used in this study were marked as TiO2-A (sample of the TiO2, 99%

purity), TiO2-B (nanoparticles of TiO2) TiO2-C (Technical TiO2).

The chemical composition’s determination of TiO2 nanoparticles was done by Neutron

Activation Analysis at the Joint Institute for Nuclear Research in Dubna, Russia.

The purpose of the determination was to study the differences between TiO2 powders.

It is interesting to note that according to the analysis results obtained, the content of Ti in

technical TiO2 (TiO2-C) appears to be the highest, and the quantity of impurities compared to

23

other samples is low (ex. In this sample were not identified any Cl or Ca). Chemically, this

sample would very much resemble the TiO2 (> 99%), apart from the fact that TiO2 (p > 99%)

contains Cl, and that of I is almost 3 times lower compared to technical TiO2.

It may be noted that all three samples are substances of very high purity with a relatively

low content of impurities:

- TiO2 (p> 99%) containing <0.008% of impurities;

- TiO2 (TiO2-B) containing <0.05% impurities;

- Technical TiO2 (TiO2-C) containing <0.02% impurities.

In determining the allotropes of titanium oxide powders before and after their deposit

on the SnO2:F plates, they were studied by X-ray crystallography. This study was performed

using Rigaku Ultima IV diffractometer, from Valahia University, Targoviste.

For the dye-sensitized solar cells the most importance has anatase. [74; 75]

In the TiO2 samples investigated by the X-ray crystallography have been identified two

forms: rutile and anatase.

Figure 15. The form of the SnO2:F plate before submitting the TiO2 nanoparticles (FTO 1 plate)

In the TiO2-A powder, it seems that the main allotropic state is anatase (100% of the

total of TiO2, Figure 204). After the depositing on the SnO2:F plate and the heat treatment for

20 minutes at 400 °C, the anatase content was not changed (remaining the same 100%). The

fact that anatase was not converted into other forms of TiO2 is a very important aspect, which

shows that the nanoparticles were not affected by the heat treatment.

24

Table 5. Peaks characteristic of the dyes identified in the FT-IR specters and the possible functional groups of the dyes.

TPP TPP-Cu TPP-Pb TPP-Cd TPP-Pd TPP-Zn

Wavenumber

Possible

functional

group

Wavenumber

Possible

functional

group

Wavenumber

Possible

functional

group

Wavenumber

Possible

functional

group

Wavenumber

Possible

functional

group

Wavenumber

Possible

functional

group

700 cm-1 N-H 800 cm-1 700 cm-1 N-H 700 cm-1 N-H 700 cm-1 N-H 660 cm-1

800 cm-1 C-Cl 1000 cm-1 800 cm-1 C-Cl 790 cm-1 C-Cl 800 cm-1 C-Cl 700 cm-1 C-Cl

964 cm-1 =C-H 1465 cm-1 C-C

aromatic 985 cm-1 =C-H 860 cm-1 N-H 966 cm-1 =C-H 752 cm-1 =C-H

1072 cm-1 C-N 1558 cm-1 C-C 1072 cm-1 C-N 993 cm-1 1074 cm-1 C-N 800 cm-1 C-Cl

1178 cm-1 C-O 1654 cm-1 -C=C- 1380 cm-1 1072 cm-1 C-N 1188 cm-1 C-O 1001 cm-1

1350 cm-1 C-H 2360 cm-1 1471 cm-1 C-C aromatic 1200 cm-1 C-O 1400 cm-1 1066 cm-1 C-N

1471 cm-1 C-C

aromatic 2854 cm-1 C-H 1647 cm-1 -C=C- 1460 cm-1

C-C

aromatic 1475 cm-1 C-C aromatic 1174 cm-1 C-O

1558 cm-1 C-C 2920 cm-1 C-H 2854 cm-1 C-H 1596 cm-1 C-C

aromatic 1595 cm-1 C-C 1338 cm-1

1654 cm-1 -C=C- 3437 cm-1 OH alcohol 2925 cm-1 C-H 2364 cm-1 1656 cm-1 -C=C- 1440 cm-1 C-C aromatic

2854 cm-1 C-H 2958 cm-1 C-H 2854 cm-1 C-H 2374 cm-1 1485 cm-1 C-C aromatic

2925 cm-1 C-H 3448 cm-1 OH alcohol 2925 cm-1 C-H 2856 cm-1 C-H 1593 cm-1 C-C aromatic

3450 cm-1 OH alcohol 3450 cm-1 OH alcohol 2925 cm-1 C-H 2858 cm-1 C-H

2960 cm-1 C-H 2927 cm-1 C-H

3450 cm-1 OH alcohol 2966 cm-1 C-H

3462 cm-1 OH alcohol

25

Figure 16. The form of the SnO2:F plate after the deposit of the TiO2 nanoparticles (FTO 1 plate with TiO2-A) -

picture taken while depositing on the wafer edge

The way to the deposition of TiO2 nanoparticles on FTO 1 (Fig. 16) can be seen by

comparison to the FTO 1 before deposition (Figure 15). The microscopy study was conducted

with the Atomic Force Microscope type Ntegra Prima from ICSTM, Valahia University of

Targoviste.

It is noted that the deposition of TiO2 nanoparticles has an irregular shape and its

thickness is of several microns (<10 µm). The freeform of the TiO2 deposition surface (n-type

element) provides a larger contact surface with the dye (p-type element), which increases the

conversion efficiency of solar energy into electricity.

Upon the TiO2 nanoparticles there have been conducted various studies using

experimental techniques as following:

- Neutron Activation Analysis (AAN);

- Atomic Force Microscopy (AFM);

- X-ray diffraction crystallography (XRD).

3.8. Performance criteria for electrolytes used in the manufacture DSSC

The electrolyte is a basic element in dye sensitized photovoltaic cell (DSSC). Its role is

to transfer electrical charge from the electrode to the p-n ensemble.

In this study, the electrolytes were prepared from known analytical reagents: LiOH, Nal,

KI and I2.

26

Figure 17. Solutions Spectral LiI + I2, NaI + I2, KI + I2 recorded in the 190-1100 nm area.

The chemical composition of reagents used in the manufacture of electrolytes was

determined through Neutron Activation Analysis (NAA).

Through UV-Vis spectrophotometry were studied the optical properties of these

electrolytes (Figure 17). The resulting spectra are shown in the figure. As shown in the spectra,

from the formed solutions, highest transmittance has the ethanolic substance of 0.5 M NaI/5

mM I2, followed by a solution of 0.5 M KI/5 mM I2. The electrolyte based on 0.5 M LiI/5 mM

I2 appears to have the lowest transmittance.

From this point of view, it seems that the electrolyte based on NaI seems to be better.

However, to prove the effectiveness of this electrolyte, we must study its electrical properties.

3.9. Electrical performance parameters of photovoltaic cells sensitized with organic

dyes (DSSC)

3.9.1. General terms of electrical parameters dye-sensitized solar cell (DSSC)

The most important part of this thesis is the electric efficiency of the solar cells obtained.

The conversion of light into electrical current is influenced by many chemical and physical

parameters. [76]

Some of the most important characteristics of a photovoltaic cell are: ISC (electrical short

circuit intensity, expressed in A) and VOC (open circuit voltage, expressed in V). [77]

Two other important parameters related to dye-sensitized solar cells (DSSC) are: IM

(maximum electrical intensity expressed in A) and VM (maximum voltage, in V). These two

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00 1200.00

LiI+I2

NaI+I2

KI+I2

Tran

smit

tan

ce (

%)

Wavelenght (nm)

27

parameters can be determined by adding to the electric circuit represented by a consumer

(resistor) which is coupled in sequence with the ammeter. [77]

From Vm and Im we can find Pm, this parameter is the maximum power of the

photovoltaic cell (expressed in W):

𝑃𝑚 = 𝐼𝑚 ∗ 𝑉𝑚

The total amount of power of a dye-sensitized solar cell, Pt, can be learned from ISC and

VOC:

𝑃𝑡 = 𝐼𝑆𝐶 ∗ 𝑉𝑂𝐶

In order to characterize the efficiency of converting sunlight into electricity we use the

fill factor (FF, expressed in %) and the conversion efficiency (η, expressed in %) [77]:

𝐹𝐹 =𝑃𝑚𝑃𝑡

∗ 100 =𝐼𝑚 ∗ 𝑉𝑚𝐼𝑆𝐶 ∗ 𝑉𝑂𝐶

∗ 100

𝜂 =𝑃𝑚𝑃𝑖𝑛

∗ 100 =𝐼𝑆𝐶 ∗ 𝑉𝑂𝐶 ∗ 𝐹𝐹

𝑃𝑖𝑛

The initial power, marked with the Pin (expressed in W) is the power of the light that

comes in contact with the dye sensitized photovoltaic cell (DSSC). [76]

3.9.2. The preparation of dye-sensitized solar cells (DSSC)

In this thesis, dye sensitized solar cells were obtained after a well-established plan.

3.9.3. The characterization of dye-sensitized solar cells

3.9.3.1 Sensitized photovoltaic cells with TPP-Pd

Based on TPP-Pd were obtained 5 photovoltaic cells. They were tested at three different

power sources of light, which provided an initial power of 0.52 W, 0.92 W and 1.72 W.

It can be seen that after the I-V curves that the photovoltaic cells based on anatase of

technical purity had the highest values of ISC (> 0.1 A), and the one based on anataza of

analytical purity had the highest values of VOC (> 0 , 15 V). Photovoltaic cells based on

analytical purity rutile had weak electrical performance parameters (ISCmax <0.016 A, VOCmax

<0.15 V).

In what concerns the type of electrolyte, the best fill factor (FF) was given by the

photovoltaic cell based on TiO2 anatase of technical purity and electrolyte LiI/I2 (FF = 16.07%),

while the most effective sensitized solar cell with TPP-Pd (Figure 18) was that based on NaI/I2

electrolyte (η = 0.20%).

28

Figure 18. I-V curve for the photovoltaic cell based on TiO2 anatase technical grade and electrolyte NaI/I2,

sensitized with Pd-TPP

The low efficiency of conversion of this dye is shown by the lack of structure of the dye

polar groups, they having only acceptor groups (C = C aromatic) and not having donor groups

(eg COOH).

3.9.3.2. Natural dye sensitized solar cells

As it can be seen from the I-V curves of photovoltaic cells sensitized with such dyes,

they have higher performances compared to the porphyrin dye-sensitized.

Solar cells sensitized with ex. blueberries and ex. plums, had the conversion efficiency

of 3.89% (Figure 19) and, respectively, 3.27%. These figures far exceed the results for the best

outcome given by the porphyrin dyes (0.20% for DSSC based on technical anatase with the

electrolyte of NaI/I2).

Higher efficiency of natural dyes compared with porphyrin dyes is given by the fact that

they have polar groups in the structure type donor, which can transmit electrons to TiO2

semiconductor, although groups of acceptor type of natural dyes are less effective than the

porphyrin dyes.

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

0 0.05 0.1 0.15 0.2

Inte

nsi

ty (

A)

Tension (V)

Pm (Pin = 0,52 W)

Pt (Pin = 0,52 W)

Pm (Pin = 0,92 W)

Pt (Pin = 0,92 W)

Pm (Pin = 1,72 W)

Pt (Pin = 1,72 W)

29

Figure 19. I-V curve for photovoltaic cell based on TiO2 anatase of technical purity and electrolyte LiI/I2, sensitized with Ex.

blueberries

From the I-V curves we can see that the maximum ISC of these solar cells was > 1 A for

the Ex. Plums and Ex. Blueberries. The maximum VOC (~ 0.5 V) was observed at sensitized

solar cells with Ex. Pomegranate, Ex. Blueberries and Ex. Plum.

3.9.3.3. Conclusions

By applying the principal component analysis of the electric parameters of the

photovoltaic cells (for max PIN), followed by the rotation method Varimax with Kaise

normalization (3 iterations), it can be seen that the electrical performance of one photovoltaic

cell is given by the dye. The second component is defined by week parameters, and the first

component by good electrical parameters (Figure 20).

TNP-Mg, TPP-Cu and Red Cabbage Extract dyes were applied to photovoltaic cells

based on TiO2 anatase technical electrolyte LiI/I2. The cells sensitized with these dyes have

shown poor electrical characteristics, and TiO2 anatase technical and electrolyte based LiI/I2

were the best materials in the series, it is clear that a basic role in the efficiency of the

photovoltaic cell sensitized dye is the dye.

A second criterion of importance in the functioning of dye sensitized solar cells is having

a semiconductor material (in this thesis - TiO2). Its nature greatly influences the electrical

properties of dye-sensitized solar cells.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Inte

nsi

ty (

A)

Tension (V)

Pm (Pin = 0,52 W)

Pt (Pin = 0,52 W)

Pm (Pin = 0,92 W)

Pt (Pin = 0,92 W)

Pm (Pin = 1,72 W)

Pt (Pin = 1,72 W)

Pm (Pin = 2,7 W)

Pt (Pin = 2,7 W)

30

The third criterion, important in the functioning of DSSC is the electrolyte. The

photovoltaic cells, where the only distinctive element is the electrolyte, we can see certain

differences in the electrical properties. The most obvious differences can be seen between KI/I2

and other electrolytes (NaI/I2 and LiI/I2).

Figure 20. The analysis of the main components, followed by Varimax rotation method with Kaiser

Normalization (3 iterations) applied on the performance parameters of photovoltaic cells with sensitized dyes.

31

CHAPTER 4.

CONCLUSIONS. CONTRIBUTIONS. PERSPECTIVES

The doctoral thesis entitled: Research on photovoltaic conversion of solar energy by

spectral photosensitivity of dyeing nanomaterials aimed at studying the conversion of

sunlight to electricity using organic dye sensitized nanomaterials.

The following doctoral thesis contains:

- Studies about obtaining and the characterization of natural dyes which were used

to sensitize TiO2 nanoparticles (details on the extraction method of natural dyes,

anthocyanins stability to pH and light, UV-Vis characterization of the

investigated natural dyes);

- Studies on microscopic and chemical characterization of transparent conductive

materials (SnO2: F and ZnO) used as electrodes in DSSC;

- Studies on TiO2 nanoparticle characterization by SEM;

- Investigations on electrical and optical properties of transparent conductive

materials used in DSSC;

- The characterization of porphyrin dyes used to manufacture dye sensitized solar

cells (DSSC);

- The characterization of TiO2 nanoparticles by NAA, AFM and XRD used in

DSSC;

- Performance criteria for electrolytes used in DSSC manufacturing;

- Electrical performance criteria of dye-sensitized solar cells sensitized with

natural and porphyrinic dyes.

Following the main objective of this thesis, the present research aimed to obtain dye

sensitized solar cells.

The degree of originality of this thesis is very high due to the fact that we have obtained

many experimental data. By comparing the results obtained in the specialized literature, we

explained many phenomena encountered while conceiving this doctoral thesis.

This doctoral thesis has a high level of originality and novelty, addressing an important

topic for the world’s energy on achieving organic dye sensitized solar cells (DSSC).

As a result of the scientific work on this theme and in the engineering materials domain

there were published 8 ISI articles in August (out of a total of 14 ISI papers, 2 BDI papers and

32

two book chapters published at an international publishing house) and there were over 40

participations at international conferences.

33

BIBLIOGRAPHY:

[1] Shue, H. (1995). Avoidable necessity: global warming, international fairness, and

alternative energy. Nomos, 239-264.

[2] Dresselhaus, M. S., & Thomas, I. L. (2001). Alternative energy technologies. Nature,

414(6861), 332-337.

[3] Doney, S. C. (2006). The dangers of ocean acidification. Scientific American, 294(3), 58-

65.

[4] Kondratyev, K. Y., & Varotsos, C. A. (1996). Global total ozone dynamics. Environmental

Science and Pollution Research, 3(4), 205-209.

[5] Barth, M. C., & Titus, J. G. (1984). Greenhouse effect and sea level rise: a challenge for this

generation.

[6] Mercer, J. H. (1978). West Antarctic ice sheet and CO 2 greenhouse effect- A threat of

disaster. Nature, 271(5643), 321-325.

[7] Mitchell, J. F. (1989). The “greenhouse” effect and climate change. Reviews of Geophysics,

27(1), 115-139.

[8] Cox, P. M., Betts, R. A., Jones, C. D., Spall, S. A., & Totterdell, I. J. (2000). Acceleration

of global warming due to carbon-cycle feedbacks in a coupled climate model. Nature,

408(6809), 184-187.

[9] Vitousek, P. M. (1994). Beyond global warming: ecology and global change. Ecology,

75(7), 1861-1876.

[10] Hughes, L. (2000). Biological consequences of global warming: is the signal already

apparent?. Trends in ecology & evolution, 15(2), 56-61.

[11] Muller, H., & Prohl, G. (1993). ECOSYS-87: a dynamic model for assessing radiological

consequences of nuclear accidents. Health Physics, 64(3), 232-252.

[12] Yasunari, T. J., Stohl, A., Hayano, R. S., Burkhart, J. F., Eckhardt, S., & Yasunari, T.

(2011). Cesium-137 deposition and contamination of Japanese soils due to the Fukushima

nuclear accident. Proceedings of the National Academy of Sciences, 108(49), 19530-19534.

[13] Aarkrog, A. (1988). The radiological impact of the Chernobyl debris compared with that

from nuclear weapons fallout. Journal of Environmental Radioactivity, 6(2), 151-162.

[14] Walters, C. (1986). Adaptive management of renewable resources.; Boyle, G. (2004).

Renewable energy. OXFORD university press.

[15] Koroneos, C., Spachos, T., & Moussiopoulos, N. (2003). Exergy analysis of renewable

energy sources. Renewable energy, 28(2), 295-310.

34

[16] Herzog, A. V., Lipman, T. E., & Kammen, D. M. (2001). Renewable energy sources.

Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS). Forerunner Volume-‘Perspectives and

Overview of Life Support Systems and Sustainable Development.

[17] Johansson, T. B. (1993). Renewable energy: sources for fuels and electricity. Island press.

[18] Hanna, M. C., & Nozik, A. J. (2006). Solar conversion efficiency of photovoltaic and

photoelectrolysis cells with carrier multiplication absorbers. Journal of Applied Physics,

100(7), 074510.

[19] O'regan, B., & Grätzel, M. (1991). A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-

sensitized colloidal TiO2 films. nature, 353(6346), 737-740.

[20] Ning, Z., Fu, Y., & Tian, H. (2010). Improvement of dye-sensitized solar cells: what we

know and what we need to know. Energy & Environmental Science, 3(9), 1170-1181.

[21] Jung, H. S., & Lee, J. K. (2013). Dye sensitized solar cells for economically viable

photovoltaic systems. The Journal of Physical Chemistry Letters, 4(10), 1682-1693.

[22] US Department of Energy, Best research-cell efficiencies,

http://www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg.

[23] Martinson, A. B., Elam, J. W., Hupp, J. T., & Pellin, M. J. (2007). ZnO nanotube based

dye-sensitized solar cells. Nano letters, 7(8), 2183-2187.

[24] Baxter, J. B., & Aydil, E. S. (2006). Dye-sensitized solar cells based on semiconductor

morphologies with ZnO nanowires. Solar Energy Materials and Solar Cells, 90(5), 607-622.

[25] De Angelis, F., Fantacci, S., Selloni, A., Nazeeruddin, M. K., & Grätzel, M. (2007). Time-

dependent density functional theory investigations on the excited states of Ru (II)-dye-

sensitized TiO2 nanoparticles: the role of sensitizer protonation. Journal of the American

Chemical Society, 129(46), 14156-14157.

[26] Seo, Y. G., Woo, K., Kim, J., Lee, H., & Lee, W. (2011). Rapid fabrication of an inverse

opal TiO2 photoelectrode for DSSC using a binary mixture of TiO2 nanoparticles and polymer

microspheres. Advanced Functional Materials, 21(16), 3094-3103.

[27]

http://scholar.google.ro/scholar?cites=16407281752081266552&as_sdt=2005&sciodt=0,5&hl

=ro

[28] Nielsen, T. D., Cruickshank, C., Foged, S., Thorsen, J., & Krebs, F. C. (2010). Business,

market and intellectual property analysis of polymer solar cells. Solar Energy Materials and

Solar Cells, 94(10), 1553-1571.

[29] Wang, A., Zhao, J., & Green, M. A. (1990). 24% efficient silicon solar cells. Applied

physics letters, 57(6), 602-604.

http://www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg



35

[30] Roy, M. S., Balraju, P., Kumar, M., & Sharma, G. D. (2008). Dye-sensitized solar cell

based on Rose Bengal dye and nanocrystalline TiO 2. Solar Energy Materials and Solar Cells,

92(8), 909-913.

[31] Radivojevic, I., Varotto, A., Farley, C., & Drain, C. M. (2010). Commercially viable

porphyrinoid dyes for solar cells. Energy & Environmental Science, 3(12), 1897-1909.

[32] Polizzotti, A., Schual-Berke, J., Falsgraf, E., Johal, M. Investigating New Materials and

Architectures for Grätzel Cells. in: Fthenakis, V., Third Generation photovoltaics, InTech,

2012.

[33] Gordon, R. G. (2000). Criteria for choosing transparent conductors. MRS bulletin, 25(08),

52-57.

[34] Remes, Z., Vanecek, M., Yates, H. M., Evans, P., & Sheel, D. W. (2009). Optical properties

of SnO2: F films deposited by atmospheric pressure CVD. Thin Solid Films, 517(23), 6287-

6289.

[35] de Graaf, A., van Deelen, J., Poodt, P., van Mol, T., Spee, K., Grob, F., & Kuypers, A.

(2010). Development of atmospheric pressure CVD processes for highquality transparent

conductive oxides. Energy Procedia, 2(1), 41-48.

[36] Delahoy, A. E., Guo, S., Transparent Conducting Oxides for Photovoltaics. Handbook of

Photovoltaic Science and Engineering, Second Edition, Wiley, 716-796, 2011

[37] Ginley, D. S., Handbook of transparent conductors. Springer, 2010

[38] Floriano, E.A., de Andrade Scalvi, L.V., Sambrano, J.R., Geraldo, V., Evaluation of bulk

and surfaces absorption edge energy of sol-gel-dip-coating SnO2 thin films. Mat. Res. [online],

vol.13, n.4, pp. 437-443, 2010.

[39] Recio, J. M., Blanco, M. A., Luaña, V., Pandey, R., Gerward, L., & Olsen, J. S. (1998).

Compressibility of the high-pressure rocksalt phase of ZnO. Physical Review B, 58(14), 8949.

[40] Ashrafi, A. A., Ueta, A., Avramescu, A., Kumano, H., Suemune, I., Ok, Y. W., & Seong,

T. Y. (2000). Growth and characterization of hypothetical zinc-blende ZnO films on GaAs

(001) substrates with ZnS buffer layers. Applied Physics Letters, 76(5), 550-552.

[41] Rambu, A. P., Ursu, L., Iftimie, N., Nica, V., Dobromir, M., & Iacomi, F. (2013). Study

on Ni-doped ZnO films as gas sensors. Applied Surface Science, 280, 598-604.

[42] Klingshirn, C. F., Waag, A., Hoffmann, A., & Geurts, J. (2010). Zinc oxide: from

fundamental properties towards novel applications (Vol. 120). Springer Science & Business

Media.

[43] Morkoç, H., & Özgür, Ü. (2008). Zinc oxide: fundamentals, materials and device

technology. John Wiley & Sons.

36

[44] Ueda, K., Tabata, H., & Kawai, T. (2001). Magnetic and electric properties of transition-

metal-doped ZnO films. Applied Physics Letters, 79(7).

[45] Yang, P., Yan, H., Mao, S., Russo, R., Johnson, J., Saykally, R., ... & Choi, H. J. (2002).

Controlled growth of ZnO nanowires and their optical properties. Advanced Functional

Materials, 12(5), 323.

[46] Jiang, C. Y., Sun, X. W., Lo, G. Q., Kwong, D. L., & Wang, J. X. (2007). Improved dye-

sensitized solar cells with a ZnO-nanoflower photoanode. Applied Physics Letters, 90(26),

263501.

[47] Zhang, Y., Zhang, J., Wang, P., Yang, G., Sun, Q., Zheng, J., & Zhu, Y. (2010). Anatase

TiO 2 hollow spheres embedded TiO 2 nanocrystalline photoanode for dye-sensitized solar

cells. Materials Chemistry and Physics, 123(2), 595-600.

[48] Dou, X., Sabba, D., Mathews, N., Wong, L. H., Lam, Y. M., & Mhaisalkar, S. (2011).

Hydrothermal synthesis of high electron mobility Zn-doped SnO2 nanoflowers as photoanode

material for efficient dye-sensitized solar cells. Chemistry of Materials, 23(17), 3938-3945.

[49] Chen, Z., Hu, J., Tang, M., & Tian, Q. (2011). The application of inorganic nanomaterials

in dye-sensitized solar cells. INTECH Open Access Publisher.

[50] Hagberg, D. P., Edvinsson, T., Marinado, T., Boschloo, G., Hagfeldt, A., & Sun, L. (2006).

A novel organic chromophore for dye-sensitized nanostructured solar cells. Chemical


[51] Srinivas, K., Yesudas, K., Bhanuprakash, K., & Giribabu, L. (2009). A combined

experimental and computational investigation of anthracene based sensitizers for DSSC:

comparison of cyanoacrylic and malonic acid electron withdrawing groups binding onto the

TiO2 anatase (101) surface. The Journal of Physical Chemistry C, 113(46), 20117-20126.

[52] Lei, Y., Liu, H., & Xiao, W. (2010). First principles study of the size effect of TiO2 anatase

nanoparticles in dye-sensitized solar cell. Modelling and Simulation in Materials Science and

Engineering, 18(2), 025004.

[53] Wongcharee, K., Meeyoo, V., & Chavadej, S. (2007). Dye-sensitized solar cell using

natural dyes extracted from rosella and blue pea flowers. Solar Energy Materials and Solar

Cells, 91(7), 566-571.

[54] Chang, H., Wu, H. M., Chen, T. L., Huang, K. D., Jwo, C. S., & Lo, Y. J. (2010). Dye-

sensitized solar cell using natural dyes extracted from spinach and ipomoea. Journal of Alloys

and Compounds, 495(2), 606-610.

[55] Vougioukalakis, G. C., Philippopoulos, A. I., Stergiopoulos, T., & Falaras, P. (2011).

Contributions to the development of ruthenium-based sensitizers for dye-sensitized solar cells.

Coordination Chemistry Reviews, 255(21), 2602-2621.

37

[56] Chou, C. C., Wu, K. L., Chi, Y., Hu, W. P., Yu, S. J., Lee, G. H., ... & Chou, P. T. (2011).

Ruthenium (II) Sensitizers with Heteroleptic Tridentate Chelates for Dye‐Sensitized Solar

Cells. Angewandte Chemie International Edition, 50(9), 2054-2058.

[57] Campbell, W. M., Burrell, A. K., Officer, D. L., & Jolley, K. W. (2004). Porphyrins as

light harvesters in the dye-sensitised TiO 2 solar cell. Coordination Chemistry Reviews,

248(13), 1363-1379.

[58] Martinez-Diaz, M. V., de la Torre, G., & Torres, T. (2010). Lighting porphyrins and

phthalocyanines for molecular photovoltaics. Chemical Communications, 46(38), 7090-7108.

[59] Mishra, A., Fischer, M. K., & Bäuerle, P. (2009). Metal‐free organic dyes for dye‐

sensitized solar cells: From structure: Property relationships to design rules. Angewandte

Chemie International Edition, 48(14), 2474-2499.

[60] Wang, P., Zakeeruddin, S. M., Exnar, I., & Grätzel, M. (2002). High efficiency dye-

sensitized nanocrystalline solar cells based on ionic liquid polymer gel electrolyte. Chemical


[61] Kawano, R., Matsui, H., Matsuyama, C., Sato, A., Susan, M. A. B. H., Tanabe, N., &

Watanabe, M. (2004). High performance dye-sensitized solar cells using ionic liquids as their

electrolytes. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 164(1), 87-92.

[62] Kalaignan, G. P., & Kang, M. S. (2006). Effects of compositions on properties of PEO–

KI–I 2 salts polymer electrolytes for DSSC. Solid State Ionics, 177(11), 1091-1097.

[63] Jhong, H. R., Wong, D. S. H., Wan, C. C., Wang, Y. Y., & Wei, T. C. (2009). A novel

deep eutectic solvent-based ionic liquid used as electrolyte for dye-sensitized solar cells.

Electrochemistry Communications, 11(1), 209-211.

[64] Zhao, J., Shen, X., Yan, F., Qiu, L., Lee, S., & Sun, B. (2011). Solvent-free ionic

liquid/poly (ionic liquid) electrolytes for quasi-solid-state dye-sensitized solar cells. Journal of

Materials Chemistry, 21(20), 7326-7330.

[65] Jiao, Y., Zhang, F., & Meng, S. (2011). Dye sensitized solar cells Principles and new

design. INTECH Open Access Publisher.

[66] Wu, J., Lan, Z., Lin, J., Huang, M., Huang, Y., Fan, L., & Luo, G. (2015). Electrolytes in

Dye-Sensitized Solar Cells. Chemical reviews, 115(5), 2136-2173.

[67] J. H. Hwang, D. D. Edwards, D. R. Kammler, T. O. Mason, Point defects and electrical

properties of Sn-doped In-based transparent conducting oxides, Solid State Ionics, 129(1), 135-

144, 2000.

[68] R. Pandey, C. H. Wie, X. Lin, J. W. Lim, K. K. Kim, D. K. Hwang, W. K. Choi, Fluorine

doped zinc tin oxide multilayer transparent conducting Oxides for organic photovoltaic׳ s Cells,

Solar Energy Materials and Solar Cells, 134, 5-14, 2015

38

[69] J. Moan, C. Rimington, Z. Malik, Photoinduced degradation and modification of Photofrin

II in cells in vitro, Photochemistry and photobiology, 47(3), 363-367, 1988.

[70] C. Y. Chen, S. J. Wu, C. G. Wu, J. G. Chen, K. C. Ho, A Ruthenium Complex with

Superhigh Light‐Harvesting Capacity for Dye‐Sensitized Solar Cells, Angewandte Chemie,

118(35), 5954-5957, 2006.

[71] L. L. Li, E. W. G. Diau, Porphyrin-sensitized solar cells, Chemical Society Reviews, 42(1),

291-304, 2013.

[72] Y. S. Yen, H. H. Chou, Y. C. Chen, C. Y. Hsu, J. T. Lin, Recent developments in molecule-

based organic materials for dye-sensitized solar cells, Journal of Materials Chemistry, 22(18),

8734-8747, 2012.

[73] M. Zalas, B. Gierczyk, M. Klein, K. Siuzdak, T. Pędziński, T. Łuczak, Synthesis of a novel

dinuclear ruthenium polypyridine dye for dye-sensitized solar cells application, Polyhedron,

67, 381-387, 2014.

[74] Zhang, H., Han, Y., Liu, X., Liu, P., Yu, H., Zhang, S., ... & Zhao, H. (2010). Anatase

TiO2 microspheres with exposed mirror-like plane {001} facets for high performance dye-

sensitized solar cells (DSSCs). Chem. Commun., 46(44), 8395-8397.

[75] D. Chen, F. Huang, Y. B. Cheng, R. A. Caruso, Mesoporous Anatase TiO2 Beads with

High Surface Areas and Controllable Pore Sizes: A Superior Candidate for High‐Performance

Dye‐Sensitized Solar Cells, Advanced Materials, 21(21), 2206-2210, 2009.

[76] Kirchartz, T., Ding, K., & Rau, U. (2011). Fundamental Electrical Characterization of

Thin‐Film Solar Cells. Advanced Characterization Techniques for Thin Film Solar Cells, 33-

60.

[77] Colodrero, S., Calvo, M., & Míguez, H. (2010). Photon management in dye sensitized

solar cells (Vol. 413, p. 432).



Curriculum vitae Europass

Personal information

Name / Surname Chilian Andrei

Address Bld. Libertatii, nr. 3, bl. B2, et. 8, ap. 19, Mun. Targoviste, judeţul Dambovita

Phone number - Mobil: 0769562424

E-mail [email protected]

Nationality Romanian

Birth date 15.06.1987

Sex Male

Currently workplace Water Company Targoviste – Dambovita Wastewater Laboratory Targoviste

Professional experience

Period 28.01.2014 – present

Employment function or position Chemist, Tests responsible

Main activities and responsibilities Advanced physicochemical analytical methods for wastewater analysis: Ionic chromatography (IC), Flame Atomic Absorption Spectrometry (FAAS), with Graphite Furnace (GFAAS) and with Hydride Generation (HG-AAS), Total bound Nitrogen content determination (TNb).

Name and address of employer Water Company Targoviste - Dambovita

Type of business or sector Autonomous company

Period 3.01.2011 – 27.01.2014

Employment function or position Scientific Research Assistant

Main activities and responsibilities Physico-chemical methods of preparation and analysis of organic materials. Scientific research and dissemination of results

Name and address of employer Valahia University of Targoviste

Type of business or sector Higher university education

Education and Training

Period October 2012 - present

Qualification/ obtained diploma

Principal subjects/ occupational skills Materials Engineering Title of PhD thesis: Research on photovoltaic conversion of solar energy by spectral photosensitivity of dyeing nanomaterials

Name and type of educational institution

Valahia University of Targoviste, Faculty of Materials Engineering and Mechanics, Field PhD - Engineering Materials

Level in national or international classification



Period

November 2010 - July 2012

Qualification/ obtained diploma Master's degree – Chemistry Specialization

Principal subjects/ occupational skills Chemistry Title of dissertation: The effect of heavy metals on biochemical processes in Zea Mays


Valahia University of Targoviste, Faculty of Sciences and Arts, Master specialization – Physico-chemical methods of analysis for quality of life and environment protection


Period

October 2007 - July 2010

Qualification/ obtained diploma Bachelor's degree – Chemistry Specialization

Principal subjects/ occupational skills Chemistry Title of the diploma paper: Essential oils - between art and science


Valahia University of Targoviste, Faculty of Sciences and Arts, Chemistry specialization


Period

September 2003 – july 2007

Qualification/ obtained diploma Baccalaureate degree, Technician Certificate in Food Industry

Principal subjects/ occupational skills Chemistry The title of attestation paper: Red wines


Scholar Group of Ecology and Environmental Protection "Grigore Antipa" from Bacau


Personal skills and competences

Native language Romanian

Known foreign languages

Autoevaluation Understanding Speaking Writing

European level (*) Listening Reading Conversation Oral discourse Written expression

English Very good Very good Good Good Good

Russian Very good Very good Very good Very good Very good

French Very good Very good Good Good Good

Ukrainian Very good Very good Very good Good Good

(*)Common European Framework of Reference for Languages

Social skills and competences Sociable, team spirit, optimistic, original



Organisational skills and competences

- Scientific communication sessions of students and teachers of Faculty of Sciences and Arts from the Valahia University of Targoviste 2007, 2008, 2009, 2010, 2011

- Member of the organizing committees of conferences: o National conference with international participation Common witness "Science and

Faith", 2010, 2011, 2012 Targoviste, Romania o The 3rd joint seminar JINR-Romania on Neutron physics for investigations of nuclei,

condensed matter and life sciences, july 24-30, 2011, Târgoviște; o National Chemistry Conference - Pre-University Education, September 7-9, 2012,

Targoviste, Romania; o 1st International Conference on Analytical Chemistry, September 18-21, 2012,

Târgoviște, România. - Member of the Romanian Society of Chemistry, - Board Member of Faculty of Sciences and Arts, 2007-2012. - Member of the Senate of Valahia University of Targoviste, 2010-2012. - Representative of the Basarabians at Valahia University of Targoviste, 2009-2012. - Member of the Research Center "Applied Sciences in Environment studying and Advanced

Technologies"

Technical skills and competences - Applications related to physico-chemical determinations (determination of pH, salinity, turbidity, dry residue, conductivity, concentration of chemical elements in any type of sample (liquid or solid)),

- Applications related to the physicochemical determination on wastewater and other water complex matrix:

o determination of the content of chloride, fluoride, bromide, nitrite, nitrate, sulfate, phosphate by ion chromatography;

o metal content determination by atomic absorption spectrometry Cd, Fe, Ni, Cr, Bi, As, Mn, Pb, Sb, Hg, Te, Cu, Co, P, Sn etc.

o determination of the content of alkali and alkaline earth metals by flam photometry: Na, Li, K, Ca, Mg.

o Total bonded nitrogen (TNB), dissolved organic carbon (DOC), dissolved inorganic carbon (DIC), total dissolved carbon (TC) content determination, etc..

o Determination of total phosphorus (Pt), content of anionic surfactants (MBAS), content of ammonium (NH4), nitrite (NO2), nitrate (NO3) by UV-Vis spectrophotometry;

o Determination the dry residue filtered at 105 ° C; o Determination of the chemical oxygen demand (COD) and biochemical oxygen

determination in n days (BODn). - Familiar with working on PAM- 2100 chlorophyll fluorescence spectrometer manufactured by

WALZ, Germany, used to determine biological, biochemical and biophysical parameters of plant; - Applications related to physicochemical methods (concentration, filtration, working with

substances of varying degrees of danger, extraction LL, SL, Soxlet extraction, distillation, digestion, dilution);

- Familiar with working on flame atomic absorption spectrometer "Avanta" (determination of the chemical elements content in mineral and biological samples),

- Familiar with UV-Vis spectrophotometry (sample preparation, recording of total spectrum, selection of wavelength, calibration curves making and concentration determination of different analytes)

- Familiar with working on atomic absorption spectrometer with graphite furnace "Avanta" (determination of the concentration of chemical elements in samples of biological and mineral origin by at least 1 ppb in the sample),

- Familiar with X-Ray Fluorescence Spectrometer "Elvax" (determination of chemical elements content in samples of biological and mineral origi, from chlorine to Uranium)



Computer skills and competences Familiar with working in scientific programs:

ChemBioDraw Ultra 12.0;

Isis Draw; Statistical Programs:

IBM SPSS v. 20 Editing and graphics processing programs:

Autodesk 3D Max,

Adobe Photoshop CS5, Web Graphics programs:

Kool Moves,

Adobe Flash, programs and programming languages for creating web pages:

HTML 5,

CSS, Working programs with video:

Adobe Premiere Pro 2.0,

MediaCoder 0.7,

ConvertXtoDVD 4, Working programs with audio:

Sony Sound Forge 10.0, Editors and text processing:

ABBYY FineReader,

Microsoft Office 2003, 2007, 2010, 2013;

OpenOffice 3.0, Installation / operation / management of Operating Systems:

Microsoft Windows 95, 98, 2000, Millenium, XP, Vista, 7, 8, 8.1, 10, PE 1.0, PE 2.0, PE 3.0; Linux Mandriva, Knoppix, Mint, Ubuntu and other software

Artistic skills and competences



Other skills and competences Participations at Olympics: - First place at the National Competition of Geography, National Phase – Chișinău, Republic of Moldova, 2002. - First place at the Physics Olympiad, the county stage – Căușeni, Tighina county, Republic of Moldova, 2003. - First place at the Chemistry Olympics "Petru Poni", national phase – Focșani, Vrancea county, 2004. - First place at the Chemistry Olympics "Petru Poni", the county phase – Bacău, Bacău county, 2005. - Third place at the Olympics of Geography, county phase – Bacău, Bacău county, 2005. - First place at the Chemistry Olympics "Petru Poni", national phase – Suceava, Suceava county, 2006. - First place at the Mathematics Olympiad, the county phase – Bacău, Bacău county, 2007. Participation in national and international projects/programs: Project in collaboration with JINR-Dubna, „“Nuclear and related analytical techniques for Environmental and Life Sciences: therapeutic mud analysis”, No 03-4-1104-2011/2013, protocol nr. 3869-4-08/10 (2011-2013) Grant in collaboration with JINR-Dubna, “Nuclear and related analytical techniques for Environmental and Life Sciences”, tema nr: No 03-4-1104-2011/2013, protocol nr: 3869-4-08/10 (2011-2013) Proiect în colaborare cu IUCN-Dubna, „Investigation in the field of gamma radiation and neutrons solid state dosimetry”, No 04-4-1075-2011/2014, protocol nr. 3869-4-08/10 (2011-2013). NTSE - Nano-Tech Science Education (LLP KEY ACTIVITY 3 PROGRAMME: INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES (ICT) nr. 511787-LLP-1-2010-1-TR-KA3-KA3MP) Other completed courses and training programs: Online studying program: ”Designing Technology-Enhanced Learning” inside the project CoCreat between România, Finlanda, Estonia, Norvegia (February – May 2012). Obtained awards: - The best student of the school year 2002-2003 at Middle School Tudora, Raionul Ştefan-Vodă,

Republic of Moldova - The best student of the school year 2005-2006 at Scholar Group of Ecology and Environmental

Protection "Grigore Antipa" from Bacau; - The best student of the school year 2006-2007 at Scholar Group of Ecology and Environmental

Protection "Grigore Antipa" from Bacau; - Best poster:

o I. D. Dulama, I. A. Bucurica, A. Chilian, L. G. Toma, O. R. Bancuta, D.-D. Let, S.-G. Stanescu, Assessment of heavy metals pollution in water and sediments of some salt lakes from Romania, RO-ICAC 2012, 1th International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, september 18-21, 2012

Driver's license -

Elaborated and/or published papers

(It is attached the list of produced/ published papers)

Papers published in ISI journals: 14 Papers published in proceedings of international conferences: - Papers published in proceedings of national conferences: - Papers published in journals B + and BDI recognized by CNCSIS: 2 Total number of published papers: 16 Papers presented at national and international conferences: 45 Published books/ chapters of books recognized by CNCS/ foreign publishers: 2

Attachments List of scientific papers

Date: Signature:



List of scientific papers

Chemist Andrei Chilian

Papers published in ISI journals:

[1] I. Bancuta, I.V.Popescu, A. Chilian, A. Stancu, R. Bancuta, R. Setnescu, V. Cimpoca, PIXE and EDXRF methods applied in Bi-Te-Se thermoelements study, Romanian Journal of Physics, ISSN 1221-146X, Volume 56, No 9-10, P. 1116 – 1123, 2011

[2] C. Radulescu, C. Stihi, I. V. Popescu, I. Ionita, I. D. Dulama, A. Chilian, O. R. Bancuta, D. Let, Assessment of heavy matals level in some perennial medicinal plants by flame atomic absorption spectrometry, Romanian Reports in Physics, ISSN 1221-1451 Vol. 65, No. 1, P. 246–260, 2013

[3] C. Radulescu, C. Stihi, I.V. Popescu, I.D. Dulama, E.D. Chelarescu, A. Chilian, Heavy metal accumulation and translocation in different parts of Brassica Oleracea L, Romanian Journal of Physics, ISSN 1221-146X, Volume 58, No 9-10, P. 1337 – 1355, 2013

[4] C. Radulescu, C. Stihi, L. Barbes, A. Chilian, E. D. Chelarescu, Studies concerning heavy metals accumulation of Carduus nutans L. and Taraxacum officinale as potential soil bioindicator species, Revista de Chimie, 64(7), P. 754-760, 2013

[5] C. Stihi, C. Radulescu, E. D. Chelarescu, A. Chilian, L. G. Toma, Characterization of nectar honeys according to their physicochemical parameters and mineral content, Revista de Chimie, 64(9), P. 1000 – 1003, 2013.

[6] T. Setnescu, I. Bancuta, R. Setnescu, R. Bancuta, A. Chilian, M. Bumbac, E. D. Chelărescu, O. Culicov, M. Frontasyeva, Characterization of some therapeutic muds collected from different sites in Romania, Revue Roumaine de Chimie, 58 (7-8), 599-610, 2013.

[7] C. Radulescu, I.D. Dulama, C. Stihi, I. Ionita, A. Chilian, C. Necula, E. D. Chelarescu, Determination of heavy metal levels in water and therapeutic mud by Atomic Absorption Spectrometry, Romanian Journal of Physics, 59(9-10), 1057-1066, 2014.

[8] A. A. Poinescu, R. M. Ion, I. Ionita, I. D. Dulama, A. Chilian, Behaviour of 316L Stainless Steel in Simulated Physiological Fluids, Revista de Chimie, 65(11), 1351-1356, 2014.

[9] A. Chilian, I. Bancuta, O.R. Bancuta, R. Setnescu, R.-M. Ion, C. Radulescu, C. Stihi, I.V. Popescu, Gh. V. Cimpoca, A. Gheboianu, Study of influence of Zn concentration on the absorption and transport of Fe in maize by AAS and EDXRF analysis techniques, Romanian Reports in Physics, Vol. 67, No. 3, 2015 (acceptat spre publicare).

[10] A. Chilian, O.-R. Bancuta, I. Bancuta, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, A. Gheboianu, V. Marinescu, C. Radulescu, Characterization of ZnO and SnO2:F materials by SEM for their use in the manufacture of DSSC, Revue Roumaine de Chimie, Vol. 60, No. 5-6, 549-554, 2015.

[11] O.-R. Bancuta, A. Chilian, I. Bancuta, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, A. Gheboianu, M. Lungulescu, FT-IR and UV-Vis characterization of grape extracts used as antioxidants in polymers, Revue Roumaine de Chimie, Vol. 60, No. 5-6, 571-577, 2015.

[12] O.-R. Bancuta, A. Chilian, I. Bancuta, A. Chilian, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, A. Gheboianu, Thermal characterization of the resveratrol, Romanian Journal of Physics, 2015 (în curs de publicare).

[13] O.-R. Bancuta, A. Chilian, I. Bancuta, A. Chilian, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, A. Gheboianu, Improvement of spectrophotometric method for quantitative determination of phenolic compounds by statistical investigations, Revista de Chimie, 2015 (acceptat spre publicare).



[14] A. Chilian, O.-R. Bancuta, I. Bancuta, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, A. Gheboianu, I.V. Popescu, Electrical characterization of transparent conducting materials, Revista de Chimie, 2015 (acceptat spre publicare).

Papers published in journals B + and BDI recognized by CNCSIS:

[1] A. Chilian, I. V. Popescu, C. Radulescu, Gh. V. Cimpoca, R. Bancuta, I. Bancuta, A. Gheboianu, Effect of Zinc supplemetation on growth, biochemical process and yield in Zea Mays, Journal of Science and Arts, 2011, no. 4(17), pp 471-478, eISSN 2068-3049

[2] C. Radulescu , C. Stihi, I. V. Popescu, V. O. Nitescu, I. D. Dulama, A. I. Gheboianu, A.Chilian, A. Bucurica, O. R. Bancuta, Analysis of waste water from ecological car wash – A case study, Journal of Science and Arts, 2011, no. 2(15), pp 193-201, eISSN 2068-3049

Published books/ chapters of books recognized by CNCS/ foreign publishers:

[1] H. Harmens, D. Norris, G. Mills, P. Lazo, F. Qarri, H. G. Zechmeister, A. Riss, A. Hanus, Y. Aleksiayenak, L. De Temmerman, A. Ruttens, N. Waegeneers, L. Yurukova, Z. Spiric, I. Suchara, J. Sucharová, M. Dam, K. Hoydal, S. Liiv, J. Piispanen, J. Poikolainen, E. Kubin, J. Karhu, S. Leblond, X. Laffray, S. Magnússon, R. Alber, P. Lazo, A. Maxhuni, T. Stafilov, L. Barandovski, K. Baceva, E. Steinnes, T. Berg, H. T. Uggerud, B. Godzik, P. Kapusta, I. V. Popescu, C. Stihi, C. Radulescu, A. Chilian, A. Gheboianu, A. Ene, S.-M. Cucu-Man, R. Todoran, O. A. Culicov, I. Zinicovscaia, M. V. Frontasyeva, K. N. Vergel, Z. I. Goryainova, A. M. Dunaev, N. A. Lebedeva, I. V. Vikhrova, B. Mankovska, Z. Jeran, M. Skudnik, J. Á. Fernández Escribano, J. Aboal Viñas, A. Carballeira Ocaña, J. M. Santamaría, D. Elustondo, S. Izquieta, J. Martínez-Abaigar, R. Tomás-LasHeras, E. Núñez-Olivera, J. M.Infante Olarte, G. P. Karlsson, H. Danielsson, L. Thöni, O. Blum, Heavy metals and nitrogen in mosses: spatial patterns in 2010/2011 and long-term temporal trends in Europe, ISBN: 978-I-906698-38-6, ICP Vegetation Programme Coordination Centre, Centre for Ecology and Hydrology Environment Centre Wales Deiniol Road, Bangor Gwynedd, United Kingdom, 2013.

[2] A. Chilian, O.R. Bancuta, C. Bancuta, A Student Perception Related to the Implementation of Virtual Courses. In New Horizons in Web Based Learning, LNCS 7697, 354-361. Springer Berlin Heidelberg, 2014.

Papers presented at national and international conferences:

[1] A. Chilian, Tainele creaţiei – o barieră interzisă şi imposibilă pentru om, a X-a Conferinţă naţională cu participare internaţională Mărturie comună"Ştiinţă şi Credinţă", Târgoviste, Romania, november 25, 2010

[2] A. Chilian, I. V. Popescu, C. Oros, C. Radulescu, A. Gheboianu, R. Bancuta Study of biochemical processes induced by heavy metals accumulation in Zea Mays, The 3rd joint seminar JINR-Romania on Neutron physics for investigations of nuclei, condensed matter and life sciences, Târgoviște, Romania, July 23-30, 2011

[3] A. Chilian, R. Bancuta, C Radulescu, I. V. Popescu, Gh.Valerica Cimpoca, I. Bancuta, A. Gheboianu, Chlorophyll Fluorescence in Zea May under the action of heavy metals, 12th International Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, Romania, July 06-08, 2011

[4] I. Bancuta, R. Setnescu, Gh.V. Cimpoca, I. V. Popescu, A.Gheboianu, R. Bancuta, A. Chilian, The importance of thermoelectric legs geometry used in the µ-TEC and µ-TEG design, 12th International Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, Romania, July 06-08, 2011

[5] A. Gheboianu, I. V. Popescu, C. Stihi, O. Culicov, I. Bancuta, R. Bancuta, A. Chilian, Air Pollution Monitoring Using Neutron Activation Analysis and Mosses as Bioindicators, International Conference on Air Pollution and Control (CAPAC-II-), 19-23 september Antalya, Turkey, 2011

[6] I. Bancuta, I. V. Popescu, C.Stihi, A. Gheboianu, R. Bancuta, A. Chilian, The study of air pollution with heavy metal, International Conference on Air Pollution and Control (CAPAC-II-), 19-23 september Antalya, Turkey, 2011



[7] A. Chilian, N. Bunescu, Ana Chilian, Criza alimentară – cum o putem evita protejând mediul?,Târgoviște, România, november, 25, 2011

[8] I. D. Dulama, I. V. Popescu, C. Radulescu, C. Stihi, A. Chilian, R. Bancuta, A. Gheboianu, A.Bucurica, The migration of heavy metals from roots in the aerian parts of brassica oleracea (cabbage), Psysics Conference TIM - 11, 24 – 27 November 2011, Timișoara, România

[9] A. Chilian, C. Radulescu, R. Bancuta, I. Bancuta, A. Gheboianu, L. Toma, R. Setnescu, Gh. V. Cimpoca, G. Stanescu, Procesele biochimice din Zea Mays L induse de concentraţii ridicate de metalele grele, Conferinţa Naţională de Chimie, Ediţia a IV-a – Învăţământul Preuniversitar, Știinţă și educaţie pentru dezvoltare durabilă, Târgoviște, september 7-9, 2012

[10] A. Chilian, C. Radulescu, R. Bancuta, I. Bancuta, L. Toma, A. Gheboianu, R. Setnescu, I.V. Popescu, Gh. V. Cimpoca, The determination of heavy metals migration from soil to plants and detoxification processes of these metals at high concentrations in Zea Mays, The 8th General Conference of Balkan Physical Union, Constanta, Romania, July 5-7, 2012

[11] A. Chilian, C. Radulescu, R. Bancuta, I. Bancuta, A. Gheboianu, L. Toma, R. Setnescu, Gh. V. Cimpoca, The effects of heavy metals on the biochemical processes in Zea Mays L, RO-ICAC 2012, 1th International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, september 18-21, 2012

[12] I. Bancuta, Gh. Vlaicu, R. Bancuta, R. Setnescu, A. Chilian, A. Gheboianu, I.V. Popescu, C. Stihi, Gh. V. Cimpoca, The performance of µ-TEC and µ-TEG in vacuum and environment, CNF-2012, National Physics Conference, Constanta, Romania, July 8-10, 2012

[13] R. Bancuta, C. Radulescu, A. Chilian, I. Bancuta, Biomonitorizarea pasivă a depunerilor atmosferice de metale grele, Conferinţa Naţională de Chimie, Ediţia a IV-a – Învăţământul Preuniversitar, Știinţă și educaţie pentru dezvoltare durabilă, Târgoviște, Romania, september 7-9, 2012

[14] R. Bancuta, C. Radulescu, A. Chilian, I. Bancuta, A. Gheboianu, R. Setnescu, T. Setnescu, I.V. Popescu, Gh. V. Cimpoca, The determination of heavy metals in some groundwater and surface water samples from Romania, The 8th General Conference of Balkan Physical Union, Constanta, Romania, July 5-7, 2012

[15] C. Radulescu, C. Stihi, I.V. Popescu, Gh. V. Cimpoca, I. Ionita, L. G. Toma, A. Chilian, R. Bancuta, Assessment of heavy metals pollution in water and sediments of some salt lakes from Romania, The 8th General Conference of Balkan Physical Union, Constanta, Romania, July 5-7, 2012

[16] A. A. Poinescu, C. Radulescu, R.-M. Ion, C. Stihi, L. G. Toma, A. Chilian, Experimental results on the behavior of biomaterials in stimulated physiological liquids, RO-ICAC 2012, 1th International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, september 18-21, 2012

[17] I. Bancuta, R. Bancuta, R. Setnescu, A. Chilian, I. D. Dulama, D. D. Let, Gh. V. Cimpoca, The role of buffer layer and geometry of thermo-elements on the performance of µ-TEG and µ-TEC devices, RO-ICAC 2012, 1th International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, september 18-21, 2012

[18] I. D. Dulama, I. A. Bucurica, A. Chilian, L. G. Toma, O. R. Bancuta, D.-D. Let, S.-G. Stanescu, Assessment of heavy metals pollution in water and sediments of some salt lakes from Romania, RO-ICAC 2012, 1th International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, september 18-21, 2012

[19] T. Setnescu, I. Bancuta, R. Setnescu, R. Bancuta, A. Chilian, I.V. Popescu, O. Culicov, M. Frontasyeva, Characterization of some therapeutic muds collected from different Romanian sites, RO-ICAC 2012, 1th International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, september 18-21, 2012

[20] O. Nitescu, I.V. Popescu, Gh. V. Cimpoca, A. I. Gheboianu, I.-D. Dulama, I.-A. Bucurica, D.-D. Let, G. Stanescu, A. Chilian, O.-R. Bancuta, I. Bancuta, Assessment of polluted degree of Potop river, RO-ICAC 2012, 1th International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, september 18-21, 2012



[21] O. R. Bancuta, C. Radulescu, A. Chilian, I. Bancuta, R. Setnescu, T. Setnescu, I.V: Popescu, Gh. V. Cimpoca, Assessment of surface water and groundwater quality on Orsova region, Romania, RO-ICAC 2012, 1th International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, september 18-21, 2012

[22] C. Radulescu, C. Necula, C. Popa, C. Stihi, I. Nitu, I.-D. Dulama, L. G. Toma, C. Stirbu, A. Chilian, O. R. Bancuta, Heavy metals accumulation from soil and redistribution in the system grapevine – grape – wine, RO-ICAC 2012, 1th International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, september 18-21, 2012

[23] A. Chilian, G. Gorghiu, L.-M. Gorghiu, Virtual Collaborative Courses in Romanian Higher Education – A Challenge for Students, CCSTED 2013, 2nd International Workshop on Creative Collaboration through Supporitve Technologies in Education at ARSBN 2013: Empire-building and Region-building in the Baltic, North and Black seas areas. The Fourth International Conference on Nordic and Baltic Studies, Constanta, Romania, May 24 – 26, 2013

[24] O. Culicov, I. Bancuta, R. Setnescu, A. Chilian, T. Setnescu, M. Frontasyeva, Investigation of some therapeutic muds collected at different sites in Romania: preliminary results, 21st International Seminar on Interaction of Neutrons with Nuclei: «Fundamental Interactions & Neutrons, Nuclear Structure, Ultracold Neutrons, Related Topics», Alushta, Ucraina, May 20 - 25, 2013

[25] I.V. Popescu, M. Frontasyeva, C. Stihi, A. Ene, S. Cucu-Man, R. Tudoran, O. Culicov, I. Zinicovscaia, My Trinh, S.S. Pavlov, C. Radulescu, A. Chilian, A. Gheboianu, R. Bancuta, Gh. V. Cimpoca, I. Bancuta, I. Dulama, L.G. Toma, A. Bucurica, G. Dima, E.D. Chelarescu, R. Drasovean, A. Sion, S. Condurache-Bota, R. Buhaceanu, D. Tarcau, D. Todoran, Moss biomonitoring of air quality in Romania, 21st International Seminar on Interaction of Neutrons with Nuclei: «Fundamental Interactions & Neutrons, Nuclear Structure, Ultracold Neutrons, Related Topics», Alushta, Ucraina, May 20 - 25, 2013

[26] A. Chilian, R. Bancuta, I. Bancuta, R. Setnescu, C. Radulescu, T. Setnescu, Gh. V. Cimpoca, I. V. Popescu, A. Gheboianu, R.-M. Ion, The influence of high zinc concentrations from soil on absorption and transport processes of copper, manganese, iron in Zea Mays L, 13th International Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, Romania, July 07-09, 2013

[27] R. Bancuta, I. Bancuta, R. Setnescu, A. Chilian, T. Setnescu, R. Ion, Gh. V. Cimpoca, I. V. Popescu, A. Gheboianu, O. Culicov, The determination of heavy metals in sewage sludge from Dambovita county to be used in agriculture, 13th International Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, Romania, July 07-09, 2013

[28] I. V. Popescu, M. Frontasyeva, C. Stihi, A. Ene, S. Cucu-Man, R. Todoran, O. Culicov, I. Zinicovscaia, My Trinh, S.S. Pavlov, C. Radulescu, A Chilian, A. Gheboianu, R. Bancuta, Gh. V. Cimpoca, I. Bancuta, I. Dulama, L.G. Toma, A. Bucurica, G. Dima, E.D. Chelarescu, R. Drasovean, A. Sion, S. Condurache-Bota, R. Buhaceanu, D. Tarcau, D. Todoran, Moss biomonitoring of air quality in Romania, 13th International Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, Romania, July 07-09, 2013

[29] E. D. Chelarescu, C. Stihi, C. Radulescu, A. Chilian, L. Toma, Characterization of honey quality using highly sensitive analytical methods, 13th International Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, Romania, July 07-09, 2013

[30] I. Popescu, C. Stihi, A. Ene, S. Cucu-Man, R. Todoran, C. Radulescu, I.D. Dulama, A. Chilian, M.V. Frontasyeva, O. Culicov, I. Zinicovscaia, My Trinh, S.F. Gundorina, S.S. Pavlov. Atmospheric deposition of major and trace elements in Romania studied by NAA and AAS: moss survey 2010/2011. Book of Abstracts, ICP Vegetation. 27th Task Force Meeting and ozone workshop, Paris, France, p.70, January 28 – 30, 2014

[31] A. Chilian, O.-R. Bancuta, I. Bancuta, R.-M. Ion, R. Setnescu, A.-I. Gheboianu, T. Setnescu, C. Radulescu, I.V. Popescu, G. Dima, The anthocyanins stability to light and pH for its use in DSSC, The 14th International Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, Romania, July 2-4, 2014.

[32] O. R. Bancuta, I. Bancuta, A. Chilian, R. Setnescu, T. Setnescu, R. Ion, Gh.V. Cimpoca, I.V. Popescu, A.I. Gheboianu, Gh. Vlaicu, Thermal characterization of the resveratrol, The 14th International Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, Romania, July 2-4, 2014.



[33] R. Bancuta, I. Bancuta, R. Setnescu, A. Chilian, T. Setnescu, I. V. Popescu, A. Gheboianu, O. Culicov, Monitoring of sludge from wastewater treatment plants in Dambovita county: Determination of heavy metals concentrations by analytical methods, The 14th International Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, Romania, July 2-4, 2014.

[34] O.-R. Bancuta, I. Bancuta, A. Chilian, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, A. Gheboianu, M. Lungulescu, FT-IR and UV-vis characterization of grape extracts used as antioxidants in polymers, 2nd International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, September 17-21, 2014.

[35] A. I. Gheboianu, T. Setnescu, I.V. Popescu, R. Setnescu, I. Bancuta, O. R. Bancuta, A. Chilian, Quality studies of Potop River from Argeş – Vedea hydrographic basin by analitycal techniques, 2nd International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, September 17-21, 2014.

[36] C. Radulescu, C. Stihi, C. Necula, I.V. Popescu, L.G. Toma, C. Popa, A. Onache, A. Chilian, Study concerning the heavy metals influence on the flavors of red wines, 2nd International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, September 17-21, 2014.

[37] A. Chilian, O.-R. Bancuta, I. Bancuta, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, A. Gheboianu, V. Marinescu, C. Radulescu, Characterization of ZnO and SnO2:F materials by SEM for their use in the manufacture of DSSC, 2nd International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, September 17-21, 2014.

[38] C. Radulescu, S. Iordache, D. Dunea, C. Stihi, I.D. Dulama, A. Chilian, Risks assessment of heavy metals on public health associated with atmospheric exposure to PM2.5 in urban area, 2nd International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, September 17-21, 2014.

[39] I.D. Dulama, C. Radulescu, C. Stihi, I.V. Popescu, P. Bretcan, D. Tanislav, I. Ionita, A. Chilian, Assessment of heavy metals level in water and therapeutic mud of several salt lakes from Romania, 2nd International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, Targoviste, Romania, September 17-21, 2014.

[40] O.-R. Bancuta, I. Bancuta, A. Chilian, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, C. Radulescu, C. Stihi, A. Gheboianu, I.V. Popescu, Statistical studies regarding Folin-Ciocalteu index determination by UV-Vis spectrophotometry, Psysics Conference TIM - 14, Timisoara, Romania, November 20 – 22, 2014.

[41] A. Chilian, O.-R. Bancuta, I. Bancuta, R.-M. Ion, R. Setnescu, V. Marinescu, T. Setnescu, I. Zinicovscaia, O. Culicov, M. Frontasyeva, C. Stihi, C. Radulescu, A. Gheboianu I.V. Popescu, Characterization of TiO2 nanoparticles, used in the manufacture of DSSC, by NAA and SEM techniques, Psysics Conference TIM - 14, Timisoara, Romania, November 20 – 22, 2014.

[42] O.-R. Bancuta, A. Chilian, I. Bancuta, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, A. Gheboianu, Behaviour of gelatin, stabilized with natural antioxidants, in diferent biological fluids, 15th International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science, Constanta, Romania, July 2-4, 2015.

[43] A. Chilian, O.-R. Bancuta, I. Bancuta, R.-M. Ion, R. Setnescu, T. Setnescu, A. Gheboianu, A. Bucurica, C. Radulescu, Thermal deposition of TiO2 nanoparticles on SnO2:F electrodes used in DSSC, 15th International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science, Constanta, Romania, July 2-4, 2015.

[44] I. Bancuta, T. Setnescu, R. Setnescu, I.V. Popescu, O.-R. Bancuta, A. Chilian, A. Gheboianu, Gh. Vlaicu, Migration of cu ions in polyethylene XLPE insulation by thermal stress, 15th International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science, Constanta, Romania, July 2-4, 2015.

[45] O.-R. Bancuta, I. Bancuta, T. Setnescu, A. Chilian, R. Setnescu, I.V. Popescu, A. Gheboianu, O. Culicov, Gh. Vlaicu, Heavy metals contents from the municipal and industrial sludges in Dambovita county, 15th International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science, Constanta, Romania, July 2-4, 2015.

Documents

TEZĂ DE DOCTORAT - · PDF filespectroscopia FT-IR şi spectrofotometria UV-Vis. Depunerea nanoparticulelor de TiO2 a fost efectuată pe cale termică, după care