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Título: Síntese, caracterização e aplicação dos óxidos de CeO2, TiO2, ZrO2 e SnO2 em células solares sensibilizadas por corante (CSSC)
Título(s) alternativo(s): Synthesis, characterization, and application of CeO2, TiO2, ZrO2, and SnO2 oxides in dye-sensitized solar cells (DSSC)
Autor(es): Teixeira, José Vitor Morteni
Orientador(es): Tractz, Gideã Taques
Palavras-chave: Energia - Fontes alternativas
Sistemas de energia fotovoltaica
Semicondutores
Renewable energy sources
Photovoltaic power systems
Semiconductors
Data do documento: 30-Jun-2026
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Campo Mourao
Citação: TEIXEIRA, José Vitor Morteni. Síntese, caracterização e aplicação dos óxidos de CeO2, TiO2, ZrO2 e SnO2 em células solares sensibilizadas por corante (CSSC). 2026. Trabalho de Conclusão de Curso (Licenciatura em Química) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campo Mourão, 2026.
Resumo: As células solares sensibilizadas por corante (CSSC), pertencentes à terceira geração de tecnologias fotovoltaicas, destacam-se como uma alternativa promissora para a conversão de energia solar devido ao seu baixo custo de produção em comparação com tecnologias fotovoltaicas convencionais. Essas células são constituídas por um fotoânodo, um contraeletrodo e um eletrólito, sendo o dióxido de titânio (TiO₂) o semicondutor mais empregado como material fotoativo. Neste trabalho, objetivou-se sintetizar, caracterizar e avaliar os óxidos semicondutores CeO₂, SnO₂ e ZrO₂ como materiais alternativos ao TiO₂ para aplicação como fotoânodos em CSSC. Os materiais foram obtidos pelo método de Pechini e caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espalhamento dinâmico de luz (EDL), difração de raios X (DRX), espectroscopia na região do ultravioleta-visível (UV-Vis), curvas de potencial de circuito aberto e espectroscopia de impedância eletroquímica. As células solares foram montadas na configuração tipo sanduíche, utilizando contraeletrodo de grafeno, área ativa de 0,2 cm² e eletrólito contendo o par redox I₃⁻/I⁻. Os resultados evidenciaram que todos os óxidos apresentaram elevada cristalinidade, embora com morfologia irregular. Os valores de energia de band gap determinados foram de 2,8 eV para CeO₂, 3,0 eV para TiO₂, 3,1 eV para SnO₂ e 4,8 eV para ZrO₂. Todos os sistemas desenvolvidas apresentaram resposta fotoeletroquímica, gerando potencial elétrico sob incidência luminosa. Entre os materiais avaliados, a célula baseada em TiO₂ apresentou a menor resistência à transferência de carga (Rct = 57,8 kΩ), indicando melhor desempenho eletroquímico em relação aos demais óxidos investigados. Os resultados demonstram o potencial dos óxidos sintetizados para aplicação em dispositivos fotovoltaicos e contribuem para o desenvolvimento de materiais alternativos para CSSC.
Abstract: Dye-sensitized solar cells (DSSCs), which belong to the third generation of photovoltaic technologies, have attracted considerable attention due to their low production cost compared with conventional photovoltaic technologies. These devices consist of a photoanode, a counter electrode, and an electrolyte, with titanium dioxide (TiO₂) being the most widely used semiconductor material. The present study aimed to synthesize, characterize, and evaluate CeO₂, SnO₂, and ZrO₂ semiconductor oxides as alternative photoanode materials to TiO₂ in DSSCs. The semiconductor oxides were synthesized using the Pechini method and characterized by scanning electron microscopy (SEM), dynamic light scattering (DLS), X-ray diffraction (XRD), ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy, open-circuit potential measurements, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The DSSCs were assembled in a sandwich configuration using a graphene counter electrode, an active area of 0.2 cm², and an electrolyte containing the I₃⁻/I⁻ redox couple. The synthesized oxides exhibited high crystallinity, although with irregular morphology. The estimated band gap energies were 2.8 eV, 3.0 eV, 3.1 eV, and 4.8 eV for CeO₂, TiO₂, SnO₂, and ZrO₂, respectively. All fabricated DSSCs exhibited photosensitivity, generating electrical potential under light irradiation. Among the evaluated materials, the TiO₂-based cell exhibited the lowest charge-transfer resistance (Rct = 57.8 kΩ), indicating superior electrochemical performance compared with the other investigated oxides. These results demonstrate the potential of the synthesized semiconductor oxides for photovoltaic applications and contribute to the development of alternative photoanode materials for dye-sensitized solar cells.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/41152
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