Synthesis and characterization of sulfur-doped ZnO for application in solar energy conversion / Síntese e caracterização de ZnO dopado com enxofre para aplicação em conversão de energia solar

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

20/07/2010

RESUMO

O óxido de zinco é um semicondutor tipo-n que apresenta fotoatividade apenas sob radiação UV. Com o objetivo de aproveitar a radiação visível, investigou-se a incorporação de enxofre como dopante em amostras preparadas através da decomposição térmica de ZnS em atmosfera oxidante. O aquecimento de ZnS a 900°C por 30 minutos resultou em ZnO, um pó branco com estruttura de wurtzita, área de superfície de 6 m/g e energia de band gap Eg de 3,07 e 3,04 eV foram obtidas após 30 e 60 minutos a 620 °C; com coloração amarelada e estrutura de wurtzita, apresentaram área superficial de 17m/g. As propriedades eletroquímicas, investigadas em solução aquosa de Na2SO4 para eletrodos de filmes porosos depositados em vidro-FTO, indicaram comportamento de semicondutor tipo-n; sob irradiação com simulador solar, o potencial de circuito aberto negativo, VOC ~ -0,2 V, se manteve estável enquanto a fotocorrente positiva, inicialmente 120 mA cm, diminuiu gradativamente até 6 mA cm, diminuiu gradativamente até 6 mA cm após 4 horas sob irradiação. A baixa estabilidade pode ser atribuída à baixa adesão dos filmes no vidro-FTO e à fotocorrosão do semicondutor. Identificou-se a presença de íons Zn na solução, observou-se que a luz intensifica a dissolução dos óxidos em meio aquoso e que o ZnO é menos suscetível à fotocorrosão. Os eletrodos de ZnO e S:ZnO foram sensibilizados por corante de rutênio e utilizados na montagem de células solares. Os maiores valores de eficiência de conversão de luz em eletricidade, h, foram obtidos para células de 0,25 cm preparadas com eletrodos sensibilizados por 20 minutos e eletrólito líquido; as células de S:ZnO apresentaram corrente de curto circuito de 3,3 mA cm, VOC de 0,7 V e h ~ 1,0%, enquanto que as células de ZnO apresentaram valor similar de VOC, fotocorrente máxima de 0,76 mA/cm e h ~ 0,1%. Em comparação com as células de ZnO, a maior eficiência das células preparadas com ambas as amostras de S:ZnO pode estar relacionada à maior área de superfície e estabilidade mecânica destes filmes quando comparados aos de ZnO. Os estudos também foram realizados para células de S:ZnO preparadas sem o corante; o dispositivo apresentou VOC = 0,53 V, fotocorrente de 0,13 mA/cm e h ~ 0,04%. Embora o S:ZnO apresente Eg de 3,04 eV, com absorção em l <410 nm, a eficiência de conversão é inferior à obtida na célula com do semicondutor sensibilizado com o corante. Os estudos revelaram que o S:ZnO pode ser utilizado em células solares, porém, devido à fotocorrosão, é necessário investigar meios para aumentar sua estabilidade para que não comprometa a durabilidade dos dispositivos para conversão de energia solar.

ASSUNTO(S)

Óxido de zinco Óxido de zinco dopado com enxofre célula solar fotocorrosão célula solar fotocorrosão zinc oxide sulfur doped zinc oxide solar cell photocorrosion

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