Inserção de óxido de grafeno em fotoeletrodos de ZnS crescidos sobre ZnO

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Pedra, Thiago Kurz
• Orientador(a): Moreira, Mário Lúcio
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pelotas
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Física
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: ZnO/ZnS; Grafeno; Óxido de grafeno; DSSC; Graphene; Graphene oxide
• Área do conhecimento CNPq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
• Link de acesso: http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/14790

Os impactos ambientais causados por fontes não renováveis de energia são muitos, e para um desenvolvimento do planeta de modo saudável e sustentável se faz necessário o uso de energia renováveis. A energia solar é uma energia limpa que vem se destacando e obtendo cada vez mais espaço, principalmente em virtude da sua fácil aplicabilidade e das novas tecnologias que estão surgindo. Desse modo, este trabalho objetiva realizar estudos sistemáticos de células solares sensibilizadas por corante (DSSC) com fotoeletrodos de ZnO/ZnS através da incorporação de óxido de grafeno reduzido na matriz estrutural, buscando melhorar a condutividade de elétrons e a adsorção do corante na superfície do material, de forma a minimizar os processos de recombinação eletrônica. Para isso, o ZnO/ZnS foi sintetizado pelo método hidrotermal assistido por micro-ondas, sendo o óxido de grafeno fornecido pelo grupo GQMate (UFSM), o qual foi inserido na matriz durante o processo de recobrimento do ZnO com ZnS, onde o óxido de grafeno será reduzido pela ação da radiação eletromagnética durante o processo. A DSSC foi montada utilizando a técnica doctorblade para a confecção dos foto-eletrodos, os contra-eletrodos foram constituídos de platina. As células estudas neste trabalho foram montadas tanto com o corante N3, como também com o N719, com o intuito de comparar a eficiência fotovoltaica. Para as caracterizações, foram realizadas, Difração de raios-X, Microscopia Eletrônica de Varredura, Espectroscopia Raman, Espectroscopia no Infravermelho, Espectroscopia no UV-Visível, Espectroscopia de Fotoluminescência, Medidas Elétrica J x V e Impedância Eletroquímica. Os resultados estruturais e morfológicos indicaram a presença da matriz estrutural proposta, ZnO/ZnS:rGO, com a presença dos modos vibracionais presentes no composto, e sem modos adicionais. Nas medidas ópticas foi identificado a diminuição do bandgap do material de 3,14 eV para 2,3 eV relativos a amostra pura e a amostra com maior quantidade de rGO (4%). Os resultados referentes a medidas elétricas demonstram o potencial do uso do óxido de grafeno reduzido no âmbito fotovoltaico, apresentando melhoras significativas nos valores de densidade de corrente de curto-circuito (J sc ) e na eficiência da célula solar. A DSSC que apresentou melhor resposta fotovoltaica foi com 1% de rGO, com fator de preenchimento de 57% e eficiência 0,24%.