Performance evaluation of titanium oxide deposited by electrophoresis in photoelectrodes of dye-sensitized solar cells

Nanoparticles of TiO2 have been the main semiconductor applied in Dye-sensitized solar cells (DSSCs). In this work, solar cells were developed from the electrophoretic deposition of anatase titanium dioxide (TiO2) films on conductive glasses. The electrophoretic deposition was perfomed with a constant voltage of 80V for 2 minutes and, after drying, the films were sintered at three different temperatures: 450 °C, 550 °C and 600 °C. In the assembly of the cells, the titanium dioxide films were sensitized by Ruthenizer 535-bisTBA dye (N719) and an electrolyte containing the iodide / tri-iodide redox pair and a commercial transparent platinum counter electrode were used. TiO2 films were characterized by scanning electron microscopy, dispersive energy spectroscopy and X-ray diffraction and photo-electrochemical techniques. The energy conversion rates were 0.2646% for the sintered film at 450 °C, 0.1209% for the sintered film at 550 °C and 0.1137% for the film sintered at 600 °C.Keywords: Dye-sensitized solar cells. Electrophoresis. Titanium dioxide. Film.   Mesoporous. Photoanode.

Nanostructured titanium dioxide average size from alternative analysis of Scherrer\u27s Equation

 Quantificar o tamanho de materiais em escala nanométrica é um dos desafios a serem superados, uma vez que existem técnicas diferentes. A equação de Scherrer modificada foi usada para estimar o tamanho das par-tículas de dióxido de titânio em escala nanométrica. Dióxido de titânio com tamanho nominal de nanopartícu-la de 21 nm foi usado como padrão para determinar a precisão da equação modificada. A partir dos dados de raios-X, para a amostra sem tratamento térmico foi obtido um valor médio do tamanho das nanopartículas de 20,63 nm. Um tratamento estatístico foi usado para fazer uma correlação entre o valor estimando pela equação de Scherrer modificada e o valor nominal de 21nm. Um desvio de 0,70 foi encontrado entre o valor calculado e o valor nominal, indicando uma concordância entre os valores. Adicionalmente, a influência da temperatura sobre o tamanho médio das nanopartículas de dióxido de titânio foi pesquisada.Palavras-chave: Nanomateriais, Equação de Scherrer, Dióxido de Titânio

Nanostructured titanium dioxide average size from alternative analysis of Scherrer's Equation

 Quantificar o tamanho de materiais em escala nanométrica é um dos desafios a serem superados, uma vez que existem técnicas diferentes. A equação de Scherrer modificada foi usada para estimar o tamanho das par-tículas de dióxido de titânio em escala nanométrica. Dióxido de titânio com tamanho nominal de nanopartícu-la de 21 nm foi usado como padrão para determinar a precisão da equação modificada. A partir dos dados de raios-X, para a amostra sem tratamento térmico foi obtido um valor médio do tamanho das nanopartículas de 20,63 nm. Um tratamento estatístico foi usado para fazer uma correlação entre o valor estimando pela equação de Scherrer modificada e o valor nominal de 21nm. Um desvio de 0,70 foi encontrado entre o valor calculado e o valor nominal, indicando uma concordância entre os valores. Adicionalmente, a influência da temperatura sobre o tamanho médio das nanopartículas de dióxido de titânio foi pesquisada.Palavras-chave: Nanomateriais, Equação de Scherrer, Dióxido de Titânio

Effects of tin on the performance of ZnO photoanode for DSSC

Filmes de estanho/óxido de zinco foram depositados em óxido condutor transparente por banho químico, a porcentagens de 5, 10 e 15% de estanho (Sn) na estrutura de óxido de zinco (ZnO). Todos os filmes foram tratados termicamente para melhorar sua cristanilidade. Os filmes produzidos foram caracterizados por difração de raios x e medidas ópticas, como absorbância, transmitância e reflectância. O espectro de raios x mostrou a formação de ZnO na forma de wurtzite e os tamanhos dos cristalitos foram de 53,74; 79,59 e 66,38 nm para os fotoanodos a 5, 10 e 15% de estanho (Sn), respectivamente, na estrutura do óxido de zinco. Os valores calculados para a energia de banda proibida dos filmes revelaram que a presença de estanho pode reduzir o valor da energia até aproximadamente 3,2 eV. Esses filmes foram usados como fotoanodos em células solares sensibilizadas por corante (CSSC) para observar os efeitos do estanho (Sn) na atividade fotovoltaica do semicondutor de óxido de zinco (ZnO). Parâmetros como eficiência e densidade de corrente de curto- circuito foram particularmente afetados pela presença de estanho na composição, com o filme de ZnO a 5% de Sn apresentando os melhores resultados de 7,56% de eficiência e 34,35 mA/cm2 de densidade de corrente de curto-circuito, os demais filmes apresentaram menores valores para a eficiência, o que pode ser atribuído aos menores valores alcançados para a corrente de curto circuito. Palavras-chave: Óxido de zinco, estanho, célula solar.

Photoelectrodes with titanate nanotubes sensitized by mesoporphyrin derivative from cashew nut shell

Titanate nanotubes (TiNTs) with the chemical composition Na2Ti3O7.nH2O (NaTiNT) were obtained througha hydrothermal method in highly alkaline medium. Protonated titanates nanotubes (H-TiNTs), with the compositionH2Ti3O7.nH2O, were prepared by ion exchange reaction through a suspension of Na2Ti3O7nH2Onanotubes in HCl medium, promoting the exchange of Na+ ions by H+. Both Na2Ti3O7.nH2O andH2Ti3O7.nH2O products, as well the TiO2 used as raw material for the nanotubes processing, were used asstarting material for the solar cells photoelectrodes sensitized using mesoporphyrin extracted from a precursorof cashew nut shell. Exposing the NaTiNT sample to solar radiation of 1258 W/m2, a short-circuit currentdensity (ISC) of 13 A/cm2 and an open-circuit voltage (VOC) of 370 mV were registered and, a current densityof 7.6 A/cm2 and a voltage of 256 mV for the prototype cell based on H-TiNTs. A current density of 1.1A/cm2 and an open-circuit voltage of 1.6 mV were obtained for the cell using TiO2 as electrode.Keywords: Titanate Nanotubes. Ionic exchange. Mesoporphyrin. Dye-sensitized solar cell

Caracterização da eletrodeposição de filmes finos de CdTe sobre Pt em meio ácido

RESUMO A eletrodeposição tem sido empregada para a obtenção de materiais semicondutores; todavia, ainda não estão bem esclarecidos os mecanismos envolvidos neste processo. Neste sentido, este trabalho apresenta a investigação deste processo, evidenciando a caracterização do CdTe eletrodepositado sobre substrato platina em solução ácida. A deposição ocorre a partir de 0,0 V, em relação ao eletrodo Ag/AgCl,KClsat, com etapas de controle ativado e de difusão. Os filmes finos de CdTe foram eletrodepositados sobre o substrato de platina a temperatura ambiente (~24°C) a partir de uma solução ácida. A influência do potencial aplicado foi investigada utilizando técnicas de caracterização de superfície, como a difração de raios X e Microscopia eletrônica de varredura. A caracterização elétrica foi realizada por medidas de capacitância (Mott-Schottky). Os filmes finos de CdTe apresentaram pico de maior intensidade no plano (220), demostrando ter um crescimento preferencial para esse plano. Os filmes apresentam uma morfologia granular influenciado pelo potencial de deposição e uma condutividade característica de um semicondutor tipo n

Synthesis and study of the structural and dietectil properties of ceramic matrix composites the base of: for use in eletronic devices

Neste trabalho utilizou-se reaÃÃes do estado sÃlido com sucesso na produÃÃo de matrizes cerÃmicos compositas a base de Cr0,75Fe1,25O3(CRFO100), Fe0,5Cu0,75Ti0,75O3(FCTO100), Pb(Fe0,5Nb0,5O3) (PFN100) e CaTiO3 (CTO), para o estudo de suas propriedades estruturais e elÃtricas visando o seu possivel uso em circuitaria eletrÃnica, de rÃdio-frequencia e microondas. Os procedimentos envolvidos para obtenÃÃo das amostras seguiram a rota de produÃÃo de cerÃmicas, sendo que numa primeira etapa realizou-se a homogeneizaÃÃo dos pÃs com o objetivo de tornar a reaÃÃo mais eficaz, pois a promoÃÃo do contato por igual dos reagentes facilita a formaÃÃo da substÃncia desejada. ApÃs o procedimento de homogeneizaÃÃo, a obtenÃÃo de cada sÃrie de amostras seguiram suas caracterÃsticas operacionais, como por exemplo: tempo e temperatura de reaÃÃo. As duas primeiras sÃries Cr0,75Fe1,25O3(CRFO100)-- Fe0,5Cu0,75Ti0,75O3 (FCTO100), e Pb(Fe0,5Nb0,5O3) (PFN100)--Cr0,75Fe1,25O3 (CRFO100), foram estudadas por raios-X, MEV, EDSX, espectroscopia MÃssbauer, propriedades elÃtricas em funÃÃo da temperatura, caracterizaÃÃes na faixa de micoondas com a tÃcnica Hakki-Coleman e por Ãltimo a caracterizaÃÃo das amostras como antenas ressoadoras dielÃtricas. A Ãltima sÃrie Cr0,75Fe1,25O3 (CRFO100)-- CaTiO3 (CTO) foi estudada por todas as tÃcnicas mencionadas, com exceÃÃo das tÃcnicas MEV, EDSX, espectroscopia MÃssbauer. Este trabalho tem como objetivo sintetizar, caracterizar novas materiais ceramicos compositos para uso em dispositivos eletrÃnicos, microondas e radio-freqÃÃncia. Foram sintetizadas e caracterizadas amostras com as seguintes estequiometrias: Cr0,75Fe1,25O3 (CRFO100), Fe0,5Cu0,75Ti0,75O3 (FCTO100), Pb(Fe0,5Nb0,5O3) (PFN100) e CaTiO3 (CTO). Mediante a sÃntese das amostras anteriomente relatadas procedeu-se a formaÃÃo dos compÃsitos em diferentes concentraÃÃes e consequente formaÃÃo das sÃries na seguinte ordem: (CRFO)x-(FCTO)100-x, com x= 0, 17, 34, 50, 66, 83 e 100% em massa; (PFN)x -(CRFO)100-x, com x = 0, 10, 50, 90 e 100% em massa e xCRFO- (1- x)CTO com x= 0, 10, 50, 90 e 100% em mol. A identificaÃÃo e o subsequente refinamento dos dados para a primeira sÃrie revelaram uma estrura trigonal para o CRFO100 e uma estutra cÃbica para o FCTO100. no caso da segunda sÃrie o PFN100 apresentou uma estrutura tetragonal e na terceirasÃrie o CTO uma estrutura ortorrÃmbica. Pela espectrosocopia MÃssbauer foram confirmados no caso das duas primeiras sÃries, o estado de oxidaÃÃo do ferro (Fe3+) presente nas amostras analisadas e sua coordenaÃÃo no sÃtio cristalino em funÃÃo da quantidade de ferro presente nos compÃsitos. Com exceÃÃo do PFN100, a morfologia das amostras em geral foi caracterizada pela diversidade de formas e tamanho para todas as amostras das duas primeira sÃries. A anÃlise quÃmica elementar forneceu resultados quantitativos acerca dos elementos presentes nas amostras investigadas. Pelas respostas observadas na faixa de radio-freqÃÃncia, ficou evidenciada uma regiÃo de dispersÃo, caracteristica de processo de polarizaÃÃo dipolar. Experimentos foram realizados com variaÃÃo de temperatura e as propriedades dielÃtricas foram medidas (permissividade e perda dielÃtrica). Foi obtido o TCC (Coeficiente de Temperatura da CapacitÃncia), numa faixa de temperatura de 250C a 1000C, observando que as duas primeiras sÃries apresentaram relaxaÃÃo ativada pela temperatura. Medidas na regiÃo de microondas (300 MHz < f < 30 GHz) foram realizadas, no caso da primeira sÃrie para as amostras CRFO100, CRFO50 e FCTO100. Os resultados apresentados sÃo promissores para aplicaÃÃes como dispositivos em microondas. No caso da segunda sÃrie apenas em duas amostras (CRFO100 e PFN10) foi possÃvel determinar a freqÃÃncia ressonante, permissividade dielÃtrica e a perda dielÃtrica pelo o mÃtodo utilizado neste estudo (mÃtodo Hakki-Coleman), provalvelmente devido a elevada perda dielÃtrica apresentada pelas amostras. Para a terceira sÃrie, em todas as amostras foi possÃvel a localizaÃÃo da frequencia ressonante, permissividade dielÃtrica e a perda dielÃtrica. Para a serie CRFO-CTO foi observada a possibilidade de obtenÃÃo de um composito com TCC=0. Amostras nas tres series estudadas apresentam permissividades dieletricas altas (&#61541;&#61502;10) e algumas com baixas perdas podendo ser usadas na miniaturizaÃÃo em dispositivos de microndas e aplicaÃÃes em telecomunicaÃÃesIn this work the solid state procedure was used, with success, in the production of ceramic matrix composites based in Cr0,75Fe1,25O3(CRFO100), Fe0,5Cu0,75Ti0,75O3 (FCTO100), Pb(Fe0,5Nb0,5O3) (PFN100) e CaTiO3 (CTO), for the study of the structural and electrical properties of these composites for the possible use in electronic, radio-frequency and microwave circuitry. The first two series Cr0,75Fe1,25O3(CRFO100)--Fe0,5Cu0,75Ti0,75O3 (FCTO100), and Pb(Fe0,5Nb0,5O3) (PFN100)--Cr0,75Fe1,25O3 (CRFO100), were studied by the X-ray, MEV, EDSX, MÃssbauer spectroscopy and electrical properties as a function of temperature . The study of the electrical properties at the microwave region was done using the Hakki-Coleman technique and operating the samples as a dielectric resonator antenna. The series Cr0,75Fe1,25O3 (CRFO100)--CaTiO3 (CTO) was studied by all the mentioned techniques, except for the techniques MEV, EDSX and MÃssbauer spectroscopy. This work has the objective to synthesize and to characterize new composite materials for use in electronic, microwave and radio-frequency devices. After the synthesis of the samples the formation of the composites in the following series: (CRFO)x-(FCTO)100-x, with x = 0, 17, 34, 50, 66, 83 and 100% in mass; (PFN)x - (CRFO)100-x, with x = 0, 10, 50, 90 and 100 in mass % and xCRFO - (1-x)CTO with x = 0, 10, 50, 90 and 100 in mol %. The identification and the subsequent refinement of the data for the first series revealed a trigonal structure for the CRFO100 and a cubic structure for the FCTO100. In the case of the second series, the PFN100 present a tetragonal structure and in the third series, the CTO present an ortorhombic structure. The MÃssbauer spectroscopy confirmed in the case of the first two series, the state of oxidation of the iron (Fe3+) and itÂs coordination in all composites. Except for the PFN100, the morphology of the grains in the samples was characterized by the diversity in the form and size for all the samples of the first two series. The elementary chemical analysis supplied quantitative results concerning of the present elements in the investigated samples. It was observed by the RF measurements a dispersion which is characteristic of the process of dipolar polarization. The dielectric properties with temperature was also studied. The TCC (Temperature Coefficient of Capacitance) and activation energy associated to the modulus formalism was obtained in a temperature interval of 25oC to 100oC. Measurements in the microwave region (300 MHz <f <30 GHz) were accomplished in the case of the first series for the samples CRFO100, CRFO50 and FCTO100. For the CRFO-CTO series, a possibility to obtaina composite with TCC=0 was observed. Samples in the tree series are presenting high value of the dielectric permittivity (&#61541;&#61502;10) and low loss, which is necessary to the miniaturization of components to be used in microwave devices, and in telecommunications