Nos últimos anos, a busca por fontes alternativas de energia tem estado cada vez mais em destaque, principalmente devido à preocupação global com os gases de efeito estufa. Nesse cenário, as células solares de corantes fotossensíveis aparecem como uma alternativa. Neste trabalho estudamos com métodos teóricos três corantes orgânicos fotossensíveis pertencentes à classe das dialquilanilinas, com principal foco no corante NKX-2553 (2-cyano-5-(4-dimethylaminophenyl) penta-2,4-dienoic acid). Realizamos cálculos com métodos híbridos que utilizam mecânica quântica e mecânica molecular para compreender os efeitos de solvente acetonitrila nos processos físico-químicos de absorção de luz visível, oxidação do corante e sua restauração através da interação com o eletrólito (iodeto). Também analisamos como o ancoramento em nanopartículas de TiO2 afetam estes processos. Inicialmente, realizamos uma parametrização clássica do campo de força OPLS para os corantes e uma vez estabelecido os parâmetros, simulações clássicas foram realizadas considerando o corante em solução de acetonitrila. Com configurações soluto-solvente geradas nas simulações, realizamos cálculos quânticos para obter as energias de excitação eletrônica, que apresentaram excelente concordância com o espectro experimental do corante medido em acetonitrila, o qual apresenta uma banda intensa em torno de 450nm. Portanto, isso valida o procedimento de reparametrização do campo de força clássico do corante em solução. O potencial de oxidação do corante NKX-2553 também foi calculado através de cálculos de energia livre. O valor calculado com modelo explícito de solvente foi de 0.98 V, em ótima concordância com o valor experimental de 1.08 V, porém utilizando o modelo contínuo de solvente, obtivemos um valor de 0.83 V. Uma segunda e mais completa abordagem consiste em se estudar o espectro de absorção do corante ancorado à superfície de TiO2 . Para tanto preparamos duas estruturas da forma (TiO2 )14 sendo uma cristalina anatase e a outra amorfa. Para os dois casos, obtivemos valores de máxima absorção em concordância com a faixa de 460 a 600 nm, que foi medida experimentalmente para as bandas de maior eficiência em conversão de luz solar em energia para o corante NKX-2553. Comparando os máximos obtidos nas excitações eletrônicas do corante apenas em solução e depois também adsorvido ao TiO2 , obtemos uma diferença destas curvas em torno de 25 nm. Tal valor é bem inferior se comparado à esta mesma diferença para uma nanopartícula maior reportada na literatura, o que indica um efeito do tamanho da nanopartícula no espectro de absorção. Por fim, também realizamos simulações buscando entender o processo de restauração do corante através do eletrólito. Percebemos que o Iodeto passa a amostrar regiões mais próximas ao corante quando consideramos o corante ancorado à superfcie do TiO2 , o que não ocorre quando a nanopartícula não está presente no sistema. Assim, concluímos que utilizar modelos mais realistas para o solvente acetonitrila é importante e pode nos ajudar a compreender melhor os processos físico-químicos que ocorrem numa célula solar.

In recent years, the search for alternative energy sources has been increasingly highlighted, mainly due to the global concern about greenhouse gases. In this scenario, photosensitive dye solar cells appear as an alternative. In this work we study with theoretical methods three photosensitive organic dyes belonging to the class of dialkylanilines, with main focus on the dye NKX-2553 (2-cyano-5-(4-dimethylaminophenyl) penta-2,4-dienoic acid). We performed calculations with hybrid methods that use quantum mechanics and molecular mechanics to understand the effects of acetonitrile solvent on the physicochemical processes of visible light absorption, dye oxidation and its restoration through interaction with the electrolyte (iodide). We also analyzed how the dye anchoring in the TiO2 nanoparticle affects this process. Initially, we performed a classical parameterization of the OPLS force field for the dyes and once the parameters were established, classical simulations were performed considering the dye in acetonitrile solution. With solute-solvent configurations generated in the simulations, we performed quantum calculations to obtain the electronic excitation energies, which showed excellent agreement with the experimental spectrum of the dye measured in acetonitrile, which presents an intense band around 450 nm. Therefore, this validates the classical force field reparametrization procedure of dye in solution. The oxidation potential of NKX-2553 dye was also calculated using free energy calculations. The value calculated with the explicit solvent model was 0.98 V, in excellent agreement with the experimental value of 1.08 V, but using the continuous solvent model, we obtained a value of 0.83 V. A second and more complete approach consists of studying the absorption spectrum of the dye anchored to the surface of TiO2 . To do so, we prepared two structures of the form (TiO2 )14 , one being anatase crystalline and the other amorphous. For both cases, we obtained maximum absorption values in agreement with the range from 460 to 600 nm, which was experimentally measured for the bands with the highest efficiency in converting sunlight into energy for the NKX-2553 dye. Comparing the maximum obtained in the electronic excitations of the dye only in solution and then also adsorbed to TiO2 , we obtain a difference in these curves around 25 nm. This value is much lower compared to the same difference for a larger nanoparticle reported in the literature, which indicates an effect of the nanoparticle size on the absorption spectrum. Finally, we also performed simulations to understand the process of dye restoration through the electrolyte. We noticed that Iodide starts to sample regions closer to the dye when we consider the dye anchored to the surface of TiO2 , which does not occur when the nanoparticle is not present in the system. Thus, we conclude that using more realistic models for the solvent acetonitrile is important and can help us to better understand the physicochemical processes that occur in a solar cell.