Titanatos de zinco e cobalto para células fotovoltaicas - Gonzales, Leandro Lemos (2021)
Os titanatos de zinco são materiais que apresentam propriedades que possibilitam a aplicação como semicondutores. Reações via estado sólido, método dos precursores poliméricos e método hidrotérmico são alguns dos métodos de síntese utilizados na obtenção destes materiais, conforme relatado na literatura. No presente trabalho, o método hidrotérmico assistido por micro-ondas (HAM) é utilizado para sintetizar o titanato de zinco de alta pureza e com a adição de cobalto (20, 40 e 60%). Suas propriedades físicas foram avaliadas por meio de técnicas de caracterização estrutural e óptica. Cada uma das amostras obtidas foram aplicadas em células solares sensibilizadas por corante (CSSC). Após a síntese e posterior tratamento térmico, nas amostras com e sem cobalto, os difratogramas de Raios-X demonstraram que a cristalização do material inicia-se a 500°C. Para as amostras sem acréscimo de cobalto, foi detectada a formação de uma fase cúbica do ZnTiO3, do tipo espinélio, considerada metaestável pela literatura mas que se manteve estável em todas as temperaturas de tratamento térmico testadas. A formação da fase Zn2TiO4 foi detectada por meio da espectroscopia Raman. Para as amostras contendo cobalto, os difratogramas de Raios-X não detectaram alterações na cristalinidade, após o tratamento térmico a 500°C. A predominância do ZnTiO3 romboédrico foi detectada após o tratamento térmico com temperaturas acima dos 500°C. Amostras com 20% de cobalto foram tratadas a temperaturas superiores com predominância do ZnTiO3 romboédrico. A formação de fases contendo cobalto só foi possível de detectar por meio da espectroscopia Raman. Os resultados mais importantes estão relacionados à caracterização óptica, baseada nas técnicas de espectroscopia de fotoluminescência e espectroscopia de UV-visível, demonstrando que a atividade fotoluminescente e a energia de band gap tiveram o menor valor para a amostra com 60% de cobalto, tratadas termicamente a 500°C. O valor obtido, de 2,56eV, é menor que muitos semicondutores já consolidados como o TiO2 e o ZnO, e que semicondutores promissores como o Nb2O5 e o BaTiO3. Outro ponto importante, refere-se aos resultados obtidos com a caracterização das CSSC’s, onde concluiu-se que a adição de cobalto foi capaz de sensibilizar o titanato de zinco, uma vez que apenas as amostras com adição de cobalto foram capazes de produzir respostas fotovoltaicas. Os resultados dos parâmetros fotovoltaicos obtidos, ainda que pouco expressivos mostram um novo caminho para a sensibilização das CSSC’s, por meio de um método de síntese simples e eficiente, e com as vantagens de baixo custo e baixa degradação, principais problemas dos corantes utilizados nas CSSC’s, principalmente aqueles a base de rutênio.