Aprimoramento de fotoeletrodos de ZnS crescidos sobre ZnO, por meio do controle estrutural e eletrônico, para uso em células fotovoltaicas

• Autor(a) principal: Fernandes, Cristian Dias
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFPel - Guaiaca
• Texto Completo: http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/7922
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA; Ciência e engenharia de materiais; ZnO; ZnS; ZnO/ZnS; Célula fotovoltaica; Photovoltaic cell

A busca por formas alternativas de energia como substituinte aos combustíveis fósseis é eminente. Várias são as formas de energias renováveis capazes de reduzir a emissão de poluentes na atmosfera podendo ser citadas a biomassa, energia eólica, energia fotovoltaica, dentre outras. Tratando-se de energia fotovoltaica, vários tipos de células e módulos fotovoltaicos vêm sendo abarcadas e produzidas por empresas consolidadas no mercado. Entretanto, ainda apresentando relação entre eficiência e custo operacional não suficientemente atrativo para a popularização deste meio de geração de energia elétrica. Com essa perspectiva, muitas pesquisas ao redor de tecnologias ainda não plenamente viáveis, técnica e comercialmente, neste panorama destacam-se as células solares sensibilizadas por corantes (DSSC’s), coreshell, multicamadas e peroveskitas. Muitos compostos vêm sendo estudados para aplicação em fotoeletrodos de células solares, dentre estes destacam-se o Óxido de Zinco (ZnO) e o Sulfeto de Zinco (ZnS). Nesse sentido, a busca por melhores respostas e o segmento de um trabalho realizado por um estudante de nosso grupo de pesquisa embasou e motivou à realização deste trabalho, visando o aprimoramento dos sistemas ZnO/ZnS aplicados a células fotovoltaicas, via síntese Solvotermal assistida por micro-ondas (SAM). Estabeleceram-se dois momentos, um que convergiu para um trabalho teórico-experimental focado no crescimento de cristais de ZnS sobre ZnO, onde percebeu-se a possibilidade de realização de recobrimentos seletivos de ZnS sobre o plano preferencial (1011) de ZnO, em função da estequiometria do composto. Tais fatores influenciaram a energia de superfície dos planos em questão e conseqüentemente apresentaram respostas fotovoltaica diferentes para cada sistema, dependendo do precursor utilizado. Assim, as amostras recobertas por ZnS no plano (1011) significou um incremento de 17% na corrente de curto-circuito e de 8% na tensão de circuito aberto. O outro momento foi à realização de um trabalho experimental sobre o crescimento de cristais de ZnS sobre ZnO modificando-se as fontes de Zinco (Zn) e Enxofre (S), no recobrimento de ZnO, via método SAM. Neste segundo momento incluímos um segundo precursor para o enxofre e um terceiro precursor para o Zinco, e modificamos alguns passos do processo de síntese. Como precursores de Zn foram utilizados Acetato de Zinco(ZA), Nitrato de Zinco(ZN) e Cloreto de Zinco(ZC) e, como precursores de S a tioureia(TIO) e a tioacetamida(TAA). Foram avaliadas seis possibilidades de compostos ZnO/ZnS mais o ZnO puro: (i) ZnO; (ii) ZnO/ZnS(ZA+TIO); (iii) ZnO/ZnS(ZA+TAA); (iv) ZnO/ZnS(ZN+TIO); (v) ZnO/ZnS(ZN+TAA); (vi) ZnO/ZnS(ZC+TIO) e (vii) ZnO/ZnS(ZC+TAA). Neste conjunto de amostras, a célula que ofereceu melhor resposta fotovoltaica foi a com o fotoeletrodo de ZnO/ZnS(ZC+TAA). Os resultados obtidos para ZnO/ZnS(ZC+TAA) indicaram a ausência de ZnO, o que revelou um ZnO/ZnS(ZC+TAA) com características diferenciadas. Assim, tais resultados fotovoltaicos foram comparados a de uma célula formada apenas por ZnS(ZC+TAA), porém os resultados de fotocorrente para ZnO/ZnS(ZC+TAA) foram 8 vezes maior (1,2 mA), assim como o de FF e VOC também foram maiores, sendo FF = 0; 6594 e VOC = 0; 63 V .