Estudo de nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) e óxido de zinco (ZnO) para aplicação como eletrodos de células solares
Data
2022-12-15
Autores
Silva, Victoria Regina Herbst do Amaral 
Orientadores
Mazzo, Tatiana Martelli
Tipo
Trabalho de conclusão de curso
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Resumo
A demanda por energia sustentável, renovável e de baixo custo que pudessem vir a se tornar alternativa à demanda dos combustíveis fósseis fez nascer um mercado voltado a energias renováveis como a eólica, a oceânica e em destaque, a solar. Nesta pesquisa, foi realizado um estudo da viabilidade do uso de semicondutores como o ZnO e o TiO2, em suas formas puras bem como em compósitos com ambos os materiais, na fabricação de fotoeletrodos de célula solar.
Estes materiais são conhecidos por apresentarem potencial fotovoltaico para aplicações em células solares de 3° geração. Além disso, são materiais de baixo custo e de grande abundância. Os materiais foram sintetizados utilizando os métodos de coprecipitação e sol-gel. O compósito ZnO/TiO2 foi preparado pelo método de mistura de óxidos, utilizando diferentes concentrações em massa de cada um dos materiais.
Todos os materiais foram caracterizados utilizando diferentes técnicas para determinar as características estruturais e morfológicas, assim como a propriedade fotoeletroquímica. Pela técnica de difração de raios X observamos que foi obtido ZnO com estrutura do tipo wurtizita e TiO2 com estrutura do tipo anatase e ambos livres de fase secundária demonstrando que os métodos de síntese foram eficientes. As imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura mostram partículas de ZnO com formato de flores formadas por nanopétalas e de TiO2, formato esférico e aglomerado. A propriedade fotoeletroquímica dos eletrodos foi avaliada por voltametria linear e observamos que todos os materiais, puros e compósitos, apresentam densidade de corrente em 1,7 eV sendo que o compósito TiO2 /ZnO 25% foi o de melhor desempenho justificada pela técnica de impedância eletroquímica que mostrou que esse
material apresenta uma ótima separação de carga.
The demand for sustainable, renewable and low-cost energy that could become an alternative to the demand for fossil fuels gave rise to a market focused on renewable energies such as wind, ocean and, in particular, solar. In this research, a feasibility study was carried out on the use of semiconductors such as ZnO and TiO2, in their pure forms as well as in composites with both materials, in the manufacture of photoelectrodes for solar cells. These materials are known to have photovoltaic potential for applications in 3rd generation solar cells. In addition, they are low-cost and abundant materials. The materials were synthesized using coprecipitation and sol-gel methods. The ZnO/TiO2 composite was prepared by the oxide mixture method, using different mass concentrations of each of the materials. All materials were characterized using different techniques to determine the structural and morphological characteristics, as well as the photoelectrochemical property. Using the X-ray diffraction technique, we observed that ZnO with a wurtizite-like structure and TiO 2 with an anatase-like structure were obtained, both free of secondary phase, demonstrating that the synthesis methods were efficient. The images obtained by scanning electron microscopy show ZnO particles with the shape of flowers formed by nanopetals and TiO2, spherical and agglomerated. The photoelectrochemical property of the electrodes was evaluated by linear voltammetry and we observed that all materials, pure and composite, present a current density of 1.7 eV, with the TiO 2 /ZnO 25 composite having the best performance, justified by the electrochemical impedance technique which showed that this material presents an excellent charge separation.
The demand for sustainable, renewable and low-cost energy that could become an alternative to the demand for fossil fuels gave rise to a market focused on renewable energies such as wind, ocean and, in particular, solar. In this research, a feasibility study was carried out on the use of semiconductors such as ZnO and TiO2, in their pure forms as well as in composites with both materials, in the manufacture of photoelectrodes for solar cells. These materials are known to have photovoltaic potential for applications in 3rd generation solar cells. In addition, they are low-cost and abundant materials. The materials were synthesized using coprecipitation and sol-gel methods. The ZnO/TiO2 composite was prepared by the oxide mixture method, using different mass concentrations of each of the materials. All materials were characterized using different techniques to determine the structural and morphological characteristics, as well as the photoelectrochemical property. Using the X-ray diffraction technique, we observed that ZnO with a wurtizite-like structure and TiO 2 with an anatase-like structure were obtained, both free of secondary phase, demonstrating that the synthesis methods were efficient. The images obtained by scanning electron microscopy show ZnO particles with the shape of flowers formed by nanopetals and TiO2, spherical and agglomerated. The photoelectrochemical property of the electrodes was evaluated by linear voltammetry and we observed that all materials, pure and composite, present a current density of 1.7 eV, with the TiO 2 /ZnO 25 composite having the best performance, justified by the electrochemical impedance technique which showed that this material presents an excellent charge separation.
Descrição
Citação
SILVA, Victoria Regina Herbst do Amaral. Estudo de nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) e óxido de zinco (ZnO) para aplicação como eletrodos de células solares. 2022. 30 f. Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Bacharelado Interdisciplinar em Ciência e Tecnologia do Mar) - Instituto do Mar, Universidade Federal de São Paulo, Santos, 2022.