Síntese eletroquímica e caracterização de filmes finos de Sb2Se3

dc.contributor.advisor1Mascaro, Lucia Helena
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9130022476352844por
dc.contributor.authorCosta, Magno Barcelos
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/2725856250417886por
dc.date.accessioned2018-05-07T19:44:51Z
dc.date.available2018-05-07T19:44:51Z
dc.date.issued2017-12-05
dc.description.abstractDue to the environmental appeal, the shortage of raw material and the chemical complexity of some systems employed at photovoltaic devices, interest has been growing for semiconductors composed of abundant, low toxicity and less costly elements. Among these, the Sb2Se3 has gained attention, because besides having all the mentioned characteristics, it presents good photovoltaic properties. The present work presents the electro-obtaining of Sb2Se3 thin films, as well as the exploratory study of its properties from the effects of the thermal treatment (TT), the electrodeposition parameters and the addition of Fe2+ as a dopant to its photoelectrocatalytic activity in the reduction reaction of H+. The films were prepared by potentiostatic co-electrodeposition on FTO in a bath composed of K(SbO)C4H4O6 and SeO2 in 0.5 mol L-1 Na2SO4/H2SO4 – pH 2.0. After obtaining, they were submitted to different TT conditions under atmosphere of Se(vapor)/N2. Cyclic voltammetries were used to evaluate the electrochemical process of each separate element and the binary system. For the study of the electrodeposition parameters, the concentrations of the Sb and Se precursors (SbO+ and H2SeO3, respectively), the total deposition charge and the type of the supporting electrolyte were evaluated. Finally, the study of the addition of Fe2+ in the bath allowed to evaluate its effect under different concentrations of the dopant. Thus, through the morphological-structural analysis, band-gap and photoelectrocatalytic activity, it was possible to reach the optimized condition of obtaining Sb2Se3 films. Of all the proposed TT conditions, the one submitted to 300 °C for 3 h showed better results, exhibiting good optoelectronic property and photoactivity, with band gap of 1.08 eV and average photocurrent of 168.15 μA cm-2, respectively. With the study of the electrodeposition parameters allowed to reach the following optimized condition: bath with 2.5 mmol L-1 K(SbO)C4H4O6 and 2.0 mmol L-1 SeO2 in 0.5 mol L-1 Na2SO4/H2SO4 – pH 2.0, and deposition total charge of 600 mC, besides of the applied potential of -0.6 V vs. Ag/AgCl/Cl-(sat. KCl). In the doping study, the incorporation of Fe2+ caused low influence on the band gap of the films and on their morphological-structural properties. In the film obtained from the deposition bath composed of 5% Fe, it presented a similar photocurrent to the non-doped film, however, with carrier density in an order of magnitude three times higher, i.e., 1,0 x 10^19 cm-3, showing an important characteristic for a high efficiency and fill factor in the case a photovoltaic device was installed.eng
dc.description.resumoDevido o apelo ambiental, a escassez de matéria prima e a complexidade química de alguns sistemas empregados em dispositivos fotovoltaicos, tem crescido o interesse por semicondutores compostos de elementos abundantes, de baixa toxicidade e menos custosos. Dentre esses, o Sb2Se3 tem ganhado atenção, pois além de possuir todas as características citadas, apresenta boas propriedades fotovoltaicas. O presente trabalho apresenta a eletro-obtenção de filmes finos de Sb2Se3, bem como o estudo exploratório de suas propriedades a partir dos efeitos do tratamento térmico (TT), dos parâmetros de eletrodeposição e da adição de Fe2+ como dopante frente à sua atividade fotoeletrocatalítica na reação de redução de H+. Os filmes foram preparados por co-eletrodeposição potenciostática sobre FTO em um banho composto de K(SbO)C4H4O6 e SeO2 em Na2SO4 0,5 mol L-1/H2SO4 – pH 2,0. Após obtenção, eles foram submetidos à diferentes condições de TT sob atmosfera de Se(vapor)/N2. Voltametrias cíclicas foram usadas para avaliar o processo eletroquímico de cada elemento separado e o sistema binário. Para o estudo dos parâmetros de eletrodeposição foram avaliadas as concentrações dos precursores de Sb e Se no banho (SbO+ e H2SeO3, respectivamente), a carga total de deposição e o tipo do eletrólito de suporte. Finalmente, o estudo da adição de Fe2+ no banho permitiu avaliar seus efeitos sob diferentes concentrações do dopante. Assim, por meio da análises morfológicas-estruturais, band gap e atividade fotoeletrocatalítica foi possível alcançar a condição otimizada de obtenção dos filmes de Sb2Se3. De todas as condições de TT propostas, a submetida a 300 °C por 3 h revelou melhores resultados, exibindo boa propriedade optoeletrônica e fotoatividade, com band gap de 1,08 eV e fotocorrente média de 168,15 µA cm-2. Com o estudo dos parâmetros de eletrodeposição permitiu chegar à seguinte condição otimizada: banho com 2,5 mmol L-1 de K(SbO)C4H4O6 e 2,0 mmol L-1 de SeO2 em Na2SO4 0,5 mol L-1/H2SO4 – pH 2,0, e carga total de deposição de 600 mC, além do potencial aplicado de -0,6 V vs. Ag/AgCl/Cl-(KCl sat.). No estudo de dopagem, a incorporação de Fe2+ causou baixa influencia no band gap dos filmes e em suas propriedades morfológicas-estruturais. O filme obtido a partir do banho de deposição composto por 5% de Fe apresentou fotocorrente similar ao filme não dopado, porém, com densidade de portadores numa ordem de grandeza três vezes maior, i.e., 1,0 x 10^19 cm-3, mostrando-se uma característica importante para uma alta eficiência e fator de preenchimento caso um dispositivo fotovoltaico fosse montado.por
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.description.sponsorshipIdCNPQ: 164429/2015-8por
dc.identifier.citationCOSTA, Magno Barcelos. Síntese eletroquímica e caracterização de filmes finos de Sb2Se3. 2017. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2017. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/9885.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/9885
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQpor
dc.rights.uriAcesso abertopor
dc.subjectSeleneto de antimôniopor
dc.subjectFotoeletroquímicapor
dc.subjectTratamento térmicopor
dc.subjectDopagempor
dc.subjectEletrodeposiçãopor
dc.subjectAntimony selenideeng
dc.subjectThermal treatmenteng
dc.subjectDopingeng
dc.subjectElectrodepositioneng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::ELETROQUIMICApor
dc.titleSíntese eletroquímica e caracterização de filmes finos de Sb2Se3por
dc.title.alternativeElectrochemical synthesis and characterization of Sb2Se3 thin filmseng
dc.typeDissertaçãopor
dc.ufscar.embargoOnlinepor

Arquivos

Pacote Original

Agora exibindo 1 - 2 de 2
Carregando...
Imagem de Miniatura
Nome:
Dissertação final 2.pdf
Tamanho:
2.79 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descrição:
Carregando...
Imagem de Miniatura
Nome:
Carta da versão final da dissertação.jpg
Tamanho:
688.03 KB
Formato:
Joint Photographic Experts Group/JPEG File Interchange Format (JFIF)
Descrição:

Licença do Pacote

Agora exibindo 1 - 1 de 1
Carregando...
Imagem de Miniatura
Nome:
license.txt
Tamanho:
1.91 KB
Formato:
Item-specific license agreed upon to submission
Descrição: