From Structure to Efficiency: Unveiling the Role of Calcination Temperature in Nb2O5-Based DSSCs
Da Estrutura à Eficiência: Revelando o Papel da Temperatura de Calcinação em DSSCs à Base de Nb₂O₅
Autores:
- Ronald Luiz Castiglioni Davi
- Edson Araujo de Almeida
- Ana Paula Peron
- Everson do Prado Banczek
- Osvaldo Valarini Junior
- Gideã Taques Tractz *
* Pesquisador NAPI EZC
Publicado: 12 de junho de 2025
Abstract
The development of dye-sensitized solar cells (DSSCs) has gained prominence as an economical alternative for photovoltaic energy conversion. This work investigates the synthesis of niobium pentoxide (Nb2O5) by the Pechini method, followed by calcination at different temperatures (500 °C, 600 °C and 700 °C) to evaluate its structural, morphological, and electrochemical properties as a photoanode material in DSSCs. SEM and XRD analyses revealed that calcination at 600 °C produced a material with optimized particle size (642.17 ± 37 nm) and adequate crystalline structure, favoring dye adsorption and electronic transport. Electrochemical characterization, including open-circuit potential and impedance spectroscopy, indicated that the sample at 600 °C presented superior photovoltaic performance, achieving a power conversion efficiency of 1.39% and electron lifetime equal to 0.159 s. These findings suggest that Nb2O5, under controlled calcination conditions, may act as a promising alternative to TiO2 substitution in DSSC applications.
Resumo
O desenvolvimento de células solares sensibilizadas por corante (DSSCs) tem ganhado destaque como uma alternativa econômica para a conversão de energia fotovoltaica. Este trabalho investiga a síntese de pentóxido de nióbio (Nb₂O₅) pelo método de Pechini, seguida de calcinação em diferentes temperaturas (500 °C, 600 °C e 700 °C), com o objetivo de avaliar suas propriedades estruturais, morfológicas e eletroquímicas como material para fotoânodo em DSSCs. As análises por MEV e DRX revelaram que a calcinação a 600 °C produziu um material com tamanho de partícula otimizado (642,17 ± 37 nm) e estrutura cristalina adequada, favorecendo a adsorção do corante e o transporte eletrônico. A caracterização eletroquímica, incluindo o potencial de circuito aberto e a espectroscopia de impedância, indicou que a amostra calcinada a 600 °C apresentou desempenho fotovoltaico superior, alcançando uma eficiência de conversão de energia de 1,39% e um tempo de vida do elétron de 0,159 s. Esses resultados sugerem que o Nb₂O₅, sob condições controladas de calcinação, pode atuar como uma alternativa promissora à substituição do TiO₂ em aplicações de DSSCs.
Essa pesquisa
contribui para as seguintes ODS:
