Óxidos de TiO2 dopados com Nb: Síntese e aplicação em células fotovoltaicas de terceira geração

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Autor(a) principal: TRACTZ, GIDEÃ TAQUES
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNICENTRO
Texto Completo: http://tede.unicentro.br:8080/jspui/handle/jspui/1907
Resumo: Photovoltaic systems are promissing devices to supply the growing energy demand, aiming to the use of clean energy. Third generation of solar systems have a semiconductor oxide and an electron-donor material in the composition. These, when incident by sunlight might generate excitons which are transported to device interfases, generating a current flow. As an alternative to potentiate these systems, a mixture of oxides is used, which has been able to influence the cell parameters. Thus, this thesis aims to synthesize TiO2 and TiO2,Nb and apply it as a electron transport layer in third generation of solar devices. The synthezed materals were characterized by X-ray diffraction, infrared spectroscopy, UV-vis spectroscospy, scanning electron microscopy, X - ray excited photoelectron spectroscopy, and dynamic light scattering. Then, the oxides were applied in a dye-sensitized solar cell and in a hybrid cell, which was characterized by: j-E curves, photochronoamperometry, electrochemical impedance spectroscopy, photocurrent and Intensity modulated photovoltage and photocurrent spectroscopy and via measurements by Mott-Schottky. The results showed that the oxides produced from TiO2 + 5% Niobium (w/w) showed superior results when applied as an electron transport layer, achieving a photoconversion energy efficiency of ɳ = 6.49% (jsc =10,065 mA cm-2; Voc= 0,821V; FF = 0,471 at Pe = 60 mW cm-2) after a morphological processing. Furthermore, it was found that such potentiation is due to the creation of new states below the TiO2 conduction band, arising from the doping of Niobium in the majority oxide matrix.
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Thus, this thesis aims to synthesize TiO2 and TiO2,Nb and apply it as a electron transport layer in third generation of solar devices. The synthezed materals were characterized by X-ray diffraction, infrared spectroscopy, UV-vis spectroscospy, scanning electron microscopy, X - ray excited photoelectron spectroscopy, and dynamic light scattering. Then, the oxides were applied in a dye-sensitized solar cell and in a hybrid cell, which was characterized by: j-E curves, photochronoamperometry, electrochemical impedance spectroscopy, photocurrent and Intensity modulated photovoltage and photocurrent spectroscopy and via measurements by Mott-Schottky. The results showed that the oxides produced from TiO2 + 5% Niobium (w/w) showed superior results when applied as an electron transport layer, achieving a photoconversion energy efficiency of ɳ = 6.49% (jsc =10,065 mA cm-2; Voc= 0,821V; FF = 0,471 at Pe = 60 mW cm-2) after a morphological processing. Furthermore, it was found that such potentiation is due to the creation of new states below the TiO2 conduction band, arising from the doping of Niobium in the majority oxide matrix.Sistemas fotovoltaicos são dispositivos promissores para suprir a crescente demanda energética, visando utilização de energia limpa. Dispositivos solares de terceira geração possuem na composição um óxido semicondutor e um material doador de elétrons. Estes, quando incididos pela luz solar geram éxcitons que são transportados nas interfaces do dispositivo, gerando corrente elétrica. Como alternativa para potencializar estes sistemas, faz-se uso de uma mistura de óxidos, que podem vir a influenciar nos parâmetros da célula. Desta maneira, esta tese tem como objetivo sintetizar TiO2 e TiO2,Nb e aplicar como material transportador de elétrons em um sistema fotovoltaico de terceira geração. Os materiais sintetizados foram caracterizados por difração de raios X, espectroscopia na região do infravermelho, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de fotoelétrons excitados de raios x, espectroscopia na região do ultravioleta visível e espalhamento dinâmico de luz. Os óxidos foram aplicados em uma célula solar sensibilizada com corante e em uma célula híbrida, que seguidamente foi caracterizada por: curvas j-E, fotocronoamperometria, espectroscopia de impedância eletroquímica, espectroscopia de foto-corrente e foto-voltagem com intensidade modulada e via medidas de Mott-Schottky. Os resultados mostraram que os óxidos produzidos de TiO2 + 5% de Nióbio (m/m) apresentaram resultados superiores quando aplicados como material transportador de elétrons, alcançando uma eficiência de foto-conversão de ɳ = 6,49% (jcc =10,065 mA cm-2; Eca= 0,821V; FF = 0,471 sob Pe=60 mWcm-2) pós alteração morfológica do material. Verificou-se que tal potencialização, deve-se ao fato da criação de novos estados abaixo da banda de condução do TiO2, oriundos da dopagem do Nióbio na matriz do óxido majoritário.Submitted by Fabiano Jucá (fjuca@unicentro.br) on 2022-05-16T18:08:51Z No. of bitstreams: 1 TESE - GideãTaquesTractz.pdf: 2988550 bytes, checksum: f205be201c31a8d3bc2d9cedb3934e8b (MD5)Made available in DSpace on 2022-05-16T18:08:51Z (GMT). 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