Aperfeiçoamento da produção de partículas de óxido de zinco para aplicação em células solares

(Improvement of production of zinc oxide particles for application in solar cells)

Resumo

O óxido de zinco (ZnO) nanoestruturado contém características físico-químicas de elevada importância para utilização em células solares. A padronização e regularidade das dimensões das partículas nanométricas é de difícil obtenção; fatores como natureza do ânion do sal precursor, temperatura de reação e quantidade de água podem interferir no tamanho das partículas. Este trabalho tem como objetivo estudar a influência das variáveis do processo de síntese das nanopartículas de ZnO, visando a aplicabilidade em células solares. Foi aplicado delineamento fatorial incompleto Box-Behnken (3₃), de acordo com o método de coprecipitação, para as três variáveis: concentração de Zn(NO₃)₂ (mol.L^-1), temperatura do meio reacional (°C) e tempo de reação (h). Para caracterização das partículas foram feitas medidas de espalhamento de luz, análise por difração de raios X, caracterização por espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (MEV), aplicação do ZnO em célula solar com polímero (poli-3-hexiltiofeno - P3HT) e medidas de fotocronoamperometria. A otimização resultou em uma concentração de Zn(NO₃)₂ igual a 0,05 mol.L^-1, tempo de reação de 20 h e temperatura de 80 ºC, onde o menor valor para o tamanho de partícula de ZnO mostrado pelo modelo foi de 367 nm. As nanopartículas apresentaram cristalito com dimensões de 20 nm, cristalinidade de 82,4% e fase hexagonal do tipo wurtzita. As imagens de MEV mostraram três tipos diferentes de estruturas devido à variação de concentração do Zn(NO₃)₂. A amostra de ZnO_370nm + P3HT + FTO apresentou valor de densidade de corrente (j) de 3,86 mA.cm^-2.

Palavras-chave:
polímero; nanotecnologia; delineamento experimental