Síntese e caracterização de óxido de nióbio para aplicação fotovoltaica

Abstract

Este trabalho apresenta a síntese e caracterização do pentóxido de nióbio (Nb₂O₅) com potencial aplicação em dispositivos fotovoltaicos, utilizando como precursor o oxalato amoniacal de nióbio e peróxido de hidrogênio como agente oxidante. Foram empregadas rotas de precipitação térmica (90 °C) e tratamento hidrotermal assistido por micro-ondas (120 °C/1h), seguidas de calcinação a 550 °C e 600 °C. A inovação do trabalho reside na simplicidade e baixo custo do método, que permitiu a obtenção da fase cristalina pseudo-hexagonal (TT-Nb₂O₅) à temperaturas moderadas, sem necessidade de rotas sintéticas complexas. As análises térmicas (TG/DSC) indicaram estabilidade térmica acima de 400 °C, com eventos exotérmicos associados à transição de fase. A difração de raios X (DRX) confirmou a formação da fase TT-Nb₂O₅ com cristalitos entre na ordem de 24 nm. As técnicas espectroscópicas (Raman, IV e UV-Vis) revelaram bandas vibracionais características das ligações Nb–O e Nb=O, além de um band gap óptico entre 3,78 e 4,02 eV, compatível com materiais semicondutores. As imagens de MEV e MET mostraram partículas esféricas, aglomeradas e nanométricas (<25 nm), enquanto as análises SAED evidenciaram a evolução da cristalinidade. A composição química, avaliada por EDS, indicou elevada pureza com teores de Nb e O próximos ao estequiométrico. Os resultados demonstram que o Nb₂O₅ sintetizado apresenta propriedades estruturais, ópticas e morfológicas adequadas para atuar como camada transportadora de elétrons (ETL) ou camada bloqueadora de buracos (HBL) em células solares de perovskita e sensibilizadas por corante (DSSC), contribuindo para o desenvolvimento de tecnologias fotovoltaicas de alta eficiência e baixo custo.