Produção de Filmes de Dióxido de Titânio para Aplicações Fotovoltaicas.

Abstract

A preocupação energética e pelas emissões de gases do efeito estufa faz com que o estudo das células solares tenha um interesse crescente. Um dos tipos de célula solar que tem tido maior destaque é o de células sensibilizadas por corante e que usam filmes finos de dióxido de titânio (TiO₂) como camada ativa. Estas células ainda são objeto de intensas pesquisas que com o foco na melhoria de sua eficiência. Neste trabalho, sintetizou-se dióxido de titânio pelo método sol-gel tradicional e de micelas reversas em forma de pó e em filmes com deposição de 1, 3 e 5 camadas depositadas por rotação e tratadas em atmosfera de hidrogênio/nitrogênio a 700 ⁰C por duas horas. A caracterização estrutural foi feita por difratometria de raios-X. Estudou-se a morfologia dos filmes por microscopia de força atômica e se caracterizaram eletricamente a baixas e altas temperaturas. Encontrou-se que o pó sintetizado pelo método tradicional apresentou tanto a estrutura da anatase quanto a do rutilo, porquanto, o método de micelas reversas apresentou em uma combinação com maior proporção da estrutura anatase, conforme dados obtidos por difração de raios X. Os tamanhos médios de cristalito foram determinados entre 19 nm e 45 nm. A microscopia de força atômica dos filmes revelou que a superfície deles é mais lisa para o maior número de camadas. As medidas ópticas revelaram que a transmissão das amostras diminui depois de tratá-las em atmosfera de hidrogênio. Os espectros de absorção no infravermelho dos pós sintetizados mostraram bandas características de anatase e apresentaram diminuição na transmitância e de picos característicos da água depois do tratamento com hidrogênio. A caracterização elétrica a baixas temperaturas determinou que a condução nos filmes produzidos se dá por saltos (hopping) em temperaturas entre 107 K e 300 K com o parâmetro de hopping (T₀ ⅟⁴) entre 45,0 K⅟⁴ e 57,1 K⅟⁴ , diminuindo com o maior número de camadas. A distância de saltos foi determinada entre 35 Å e 42 Å. Para medidas elétricas realizadas a altas temperaturas, obteve-se que o TiO₂ apresenta condução por bandas por meio de barreiras de potencial localizada nos contornos de grão o que foi verificado pela condição do modelo teórico de que o comprimento de blindagem de Debye seja menor que a metade do tamanho médio de cristalito.