Síntese de filmes óxidos para camadas seletivas em células de perovskita

Abstract

A síntese de filmes finos óxidos tem se mostrado uma área promissora na pesquisa de células solares de perovskita (PSC), devido ao seu potencial para melhorar o desempenho e a estabilidade desses dispositivos. Este estudo teve por objetivo a síntese e caracterização de filmes óxidos utilizados como camada ETL (Electron Transport Layer) e HTL (Hole Transport Layer) para possível aplicação em PSC. A técnica de Magnetron com DC-Pulsado foi utilizada para a produção dos filmes de Nb2O5 e NiOx, enquanto o magnetron sputtering foi empregado para a produção dos filmes de CeOx. Foram realizadas caracterizações de UVvis, difração de raios-X (DRX), perfilometria, EDS (Espectroscopia de Dispersão de Energia), MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura) e goniometria. Este estudo tem como inovação a utilização de duas formas de síntese (deposição) de filmes como camadas seletoras para PSC. Todos os filmes apresentaram uma transmitância média na região do visível em torno de 80%, porém com destaque no filme (C2) de CeOx com 92% de transmitância. Os índices de refração dos filmes ficaram próximos da perovskita (2,55), no entanto o filme com maior valor de índice de refração foi 3,94 para o filme de CeOx (CPot.2). Os valores de Band gap variaram de 2,65- 4,25 porém o valor mais largo foi do filme de Nb2O5 (PL.2). Morfologia superficial predominantemente lisa em todos os filmes exceto pelos filmes de CeOx e ângulo de contato com característica hidrofílica em todos os filmes destacando-se o filme de Nb2O5 que apresentou o menor valor (37º). Esses resultados contribuem para o avanço na compreensão e otimização de filmes óxidos utilizados em dispositivos fotovoltaicos baseados em perovskita, possibilitando células solares com melhor desempenho e estabilidade.

The synthesis of oxide thin films has proven to be a promising area in perovskite solar cell (PSC) research, due to its potential to improve the performance and stability of these devices. This study aimed to synthesize and characterize oxide films used as ETL (Electron Transport Layer) and HTL (Hole Transport Layer) layers for possible application in PSC. The DCPulsed Magnetron technique was used to produce Nb2O5 and NiOx films, while magnetron sputtering was used to produce CeOx films. UV-vis, X-ray diffraction (XRD), profilometry, EDS (Energy Dispersive Spectroscopy), SEM (Scanning Electron Microscopy) and goniometry characterizations were performed. This study's innovation is the use of two forms of film synthesis (deposition) as selector layers for PSC. All films presented an average transmittance in the visible region of around 80%, but with emphasis on the CeOx film (C2) with 92% transmittance. The refractive indexes of the films were close to perovskite (2.55), however the film with the highest refractive index value was 3.94 for the CeOx film (CPot.2). Band gap values ranged from 2.65 to 4.25, but the widest value was for the Nb2O5 film (PL.2). Predominantly smooth surface morphology in all films except for CeOx films and contact angle with hydrophilic characteristic in all films, highlighting the Nb2O5 film which presented the lowest value (37º). These results contribute to advances in the understanding and optimization of oxide films used in perovskite-based photovoltaic devices, enabling solar cells with better performance and stability.