Resumo O óxido de zinco (ZnO) nanoestruturado contém características físico-químicas de elevada importância para utilização em células solares. A padronização e regularidade das dimensões das partículas nanométricas é de difícil obtenção; fatores como natureza do ânion do sal precursor, temperatura de reação e quantidade de água podem interferir no tamanho das partículas. Este trabalho tem como objetivo estudar a influência das variáveis do processo de síntese das nanopartículas de ZnO, visando a aplicabilidade em células solares. Foi aplicado delineamento fatorial incompleto Box-Behnken (33), de acordo com o método de coprecipitação, para as três variáveis: concentração de Zn(NO3)2 (mol.L-1), temperatura do meio reacional (°C) e tempo de reação (h). Para caracterização das partículas foram feitas medidas de espalhamento de luz, análise por difração de raios X, caracterização por espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (MEV), aplicação do ZnO em célula solar com polímero (poli-3-hexiltiofeno - P3HT) e medidas de fotocronoamperometria. A otimização resultou em uma concentração de Zn(NO3)2 igual a 0,05 mol.L-1, tempo de reação de 20 h e temperatura de 80 ºC, onde o menor valor para o tamanho de partícula de ZnO mostrado pelo modelo foi de 367 nm. As nanopartículas apresentaram cristalito com dimensões de 20 nm, cristalinidade de 82,4% e fase hexagonal do tipo wurtzita. As imagens de MEV mostraram três tipos diferentes de estruturas devido à variação de concentração do Zn(NO3)2. A amostra de ZnO370nm + P3HT + FTO apresentou valor de densidade de corrente (j) de 3,86 mA.cm-2.
Abstract Nanostructured zinc oxide (ZnO) has physicochemical characteristics with high importance for use in solar cells. Standardization of the dimensions and regularity of the nanometric particles is hard to obtain, and some factors may interfere in particle size, as the nature of the anion salt precursor, reaction temperature and amount of water. The aim of this work is to study the variables that influence ZnO nanoparticles synthesis, in order to apply in solar cells. Incomplete factorial design Box-Behnken (33) was applied, according to coprecipitation method, for three variables: concentration of Zn(NO3)2 (mol.L-1), reaction medium temperature (ºC) and reaction time (h). Particles characterization was made by light scattering measurement, analysis by X-ray diffraction, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), application of ZnO in solar cell with polymer (poly-3-hexylthiophene - P3HT) and photochronoamperometry measurement. Optimization results showed the following conditions: concentration of Zn(NO3)2 = 0.05 mol.L-1, reaction time 20 h and temperature of 80 ºC; the lower value for ZnO particle size showed by the model was 367 nm. The nanoparticles had a crystallite with dimensions of 20 nm, 82.4% crystallinity and wurtzite-type hexagonal phase. The SEM images showed three different types of structures due to the variation of Zn(NO3)2 concentration. The sample ZnO370nm + P3HT + FTO presented current density (j) of 3.86 mA.cm-2.