Efeito do tiofeno nas propriedades de haletos de perovskitas livres de chumbo para células solares

dc.contributor.advisorMelo, Dulce Maria de Araújo
dc.contributor.advisor-co1Medeiros, Rodolfo Luiz Bezerra de Araújo
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0001-9845-2360pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3318871716111536pt_BR
dc.contributor.authorCâmara, Jhonatan Ferreira
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2714028015928058pt_BR
dc.contributor.referees1Gondim, Amanda Duarte
dc.contributor.referees1IDhttps://orcid.org/0000-0001-6202-572Xpt_BR
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6738828245487480pt_BR
dc.contributor.referees2Oliveira, Ângelo Anderson Silva de
dc.contributor.referees3Fernandes, Silvia Leticia
dc.date.accessioned2024-08-05T19:25:17Z
dc.date.issued2023-11-08
dc.description.abstractThe use of fossil fuels results in the release of greenhouse gases, harmful to the environment, and that is why there has been a greater investment in renewable energies, specifically in solar energy because it is a clean, noiseless, and abundant source. Perovskite materials are good candidates to be used in the study of solar-to-electric energy conversion since they possess: wide absorption of solar spectrum light; compositional versatility; defect tolerance, as well as easy processing and low cost when compared to the silicon used in commercially available solar panels. Therefore, this dissertation had the purpose of investigating the properties of the inorganic perovskite with the formula Cs3Sb2I9 (CSbI), using the organic molecule thiophene (C4H4S) in the powder preparation by the antisolvent method, with the aim of examining its properties and preparing a photovoltaic device through doctor blade deposition, using a chitosan solution as a dispersant to form films to measure the ability of these materials to convert solar energy into electrical energy. By producing materials with 0%, 9%, 17%, and 34% (w/w) of thiophene [(CSbI_9), (CSbI_17), and (CSbI_34)], the additive enabled the improvement of crystallinity, as well as the suppression of secondary phases, elucidating the same crystallographic phase; it promoted the alteration of the bandgap (2.23 eV, 2.00 eV, 1.95 eV, and 2.35 eV). The DFT results confirmed the structural parameters, as well as the energy of the material in question, establishing the consistency between the theoretical and experimental methods, with crucial aspects for discussion being the crystallographic data, bandgap, and active modes in RAMAN spectroscopy. The SEM images showed that thiophene caused subtle modifications in the morphology of the precipitate – from coarse hexagonal plates to smaller needle-like and leaf-shaped particles, with a more attenuated degree of agglomeration. Supplementary EDS studies confirmed the profile for the perovskite in question, without elucidating components of the thiophene (in this case, sulfur), allowing us to understand that there is no presence of the additive post-synthesis. The RAMAN spectroscopy presented the same scattering profile for the samples, with the CSbI_9 sample showing lower scattering intensity, emphasizing a smaller quantity of phonon traps. By constructing a microcell with the FTO/TiO2/Perovskite/NiOx/Ag configuration, a PCE of 0.42% was achieved for the perovskite with a 9% additive (Voc: 0.059V; Isc=0.27mA and FF=19.37%), representing the best result compared to 0.19% with the 17% perovskite and 0.06% with 0% thiophene. The reduced gap and the lower phonon trap state due to the electron-phonon effect made CSbI_9 the best device constructed. The results provide prospects for the study of additives in modulating the properties of inorganic materials for solar cells, as well as the exploration of new methods for thin-film deposition.pt_BR
dc.description.embargo2025-02-01
dc.description.resumoO uso de combustíveis fósseis acarreta na liberação de gases de efeito estufa, prejudiciais ao ambiente, e por isso tem-se investido mais em energias renováveis, especificamente na energia solar por ser uma fonte limpa, sem ruído e abundante. Materiais de perovskitas são bons candidatos para serem utilizados no estudo da conversão de energia solar em elétrica por possuírem: ampla absorção de luz do espectro solar; versatilidade composicional, tolerância a defeitos, bem como fácil processamento e baixo custo quando comparados com o silício utilizado nos painéis solares comercialmente disponíveis. Portanto, essa dissertação teve proposito de investigar as propriedades da perovskita inorgânica, de fórmula Cs3Sb2I9 (CSbI), utilizando a molécula orgânica tiofeno (C4H4S) no preparo no pó, pelo método de antissolvente, com o propósito de verificar suas propriedades e preparar um dispositivo fotovoltaico por deposição por lâmina (doctor blade), utilizando solução de quitosana como dispersante para formação dos filmes para medir a capacidade desses materiais em convertes energia solar em energia elétrica. Ao produzir materiais de 0%, 9%, 17% e 34% (m/m) de tiofeno [(CSbI_9), (CSbI_17) e (CSbI_34)], o aditivo possibilitou melhoria da cristalinidade, bem como supressão de fases secundárias, sendo elucidado a mesma fase cristalográfica; promoveu a alteração do bandgap (2,23 eV, 2,00 eV, 1,95 eV e 2,35 eV). Os resultados de DFT comprovaram os parâmetros estruturais, bem como a energia do material em questão, comprovando que o método utilizado é condizente no teórico e experimental, sendo dados cristalográficos, bandgap e modos ativos no RAMAN os aspectos cruciais para discussão. As imagens de MEV mostraram que o tiofeno provocou modificações sutis na morfologia do precipitado – de placas hexagonais grosseiras para partículas menores em formato de agulhas e folhas, com grau de aglomeração mais atenuado. Estudos complementares de EDS confirmam o perfil para a perovskita em questão, não elucidando componentes do tiofeno (no caso, enxofre) permitindo compreender que não há presença do aditivo pós síntese. A espectroscopia RAMAN apresentou o mesmo perfil de espalhamento para as amostras, onde a amostra CSbI_9 apresentou menor intensidade de espalhamento, ressaltando a menor quantidade de armadilhas por fônons. Ao construir uma microcélula de configuração FTO/TiO2/Perovskita/NiOx/Ag, um PCE de 0,42% foi obtido para a perovskita aditivada em 9% (Voc: 0,059V; Isc=0,27mA e FF=19,37%), sendo o melhor resultado frente a 0,19% com a perovskita com 17% e 0.06% com 0% de tiofeno. O gap reduzido e menor estado de armadilhas pelo efeito elétron-fônon fizeram que CSbI_9 fosse o melhor dispositivo construído. Os resultados apresentam perspectivas para o estudo de aditivos na modulação de propriedades de materiais inorgânicos para células solares bem como a busca de utilização de novos métodos de deposição de filmes finos.pt_BR
dc.identifier.citationCÂMARA, Jhonatan Ferreira. Efeito do tiofeno nas propriedades de haletos de perovskitas livres de chumbo para células solares. Orientadora: Dra. Dulce Maria de Araújo Melo. 2023. 81f. Dissertação (Mestrado em Química) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/58982
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectQuímicapt_BR
dc.subjectPerovskita sem chumbopt_BR
dc.subjectAditivopt_BR
dc.subjectTiofenopt_BR
dc.subjectCélulas solarespt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICApt_BR
dc.titleEfeito do tiofeno nas propriedades de haletos de perovskitas livres de chumbo para células solarespt_BR
dc.typemasterThesispt_BR

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