TiO2/Pt-Free DSSC produced with Nb2O5 and Polyaniline: a preliminary study

DSSC sem Pt baseada em TiO₂ produzida com Nb₂O₅ e polianilina: um estudo preliminar

Autores: 

  • Ana Paula da Silva Vieira
  • Ronald Luiz Castiglioni Davi
  • Edson Araujo de Almeida
  • Oscar Rodrigues dos Santos
  • Jéssica de Lara Andrade
  • Regiane da Silva Gonzalez
  • Gideã Taques Tractz*

* Pesquisador NAPI EZC

Abstract

Solar energy offers an eco-friendly alternative to address global energy challenges. This study develops a cost-effective dye-sensitized solar cell (DSSC) using niobium pentoxide (Nb2O5) as a photoanode and a polyaniline (PANI) composite as a counter electrode, replacing traditional titanium dioxide (TiO2) and platinum (Pt). Nb2O5 was synthesized via the Pechini method, and PANI through polymerization. The components were assembled using the Doctor Blading method in a sandwich configuration. Characterization revealed Nb2O5 with a band gap of ~3.0 eV and an orthorhombic morphology, demonstrating potential as a TiO2 substitute. DSSCs with composite electrodes outperformed those with pure PANI or niobium pentoxide electrodes. The PANI/Nb1 composite (1% Nb) achieved a Voc of 0.69 V and a current density of 0.075 mA cm−2. These findings highlight the promise of Nb2O5-enhanced PANI for efficient, low-cost solar energy conversion.

Resumo

A energia solar oferece uma alternativa ecologicamente sustentável para enfrentar os desafios energéticos globais. Este estudo desenvolve uma célula solar sensibilizada por corante (DSSC) de baixo custo, utilizando pentóxido de nióbio (Nb₂O₅) como fotoânodo e um compósito de polianilina (PANI) como contraeletrodo, substituindo os tradicionais dióxido de titânio (TiO₂) e platina (Pt). O Nb₂O₅ foi sintetizado pelo método de Pechini, enquanto a PANI foi obtida por polimerização. Os componentes foram montados utilizando o método de *Doctor Blading*, em uma configuração do tipo sanduíche. A caracterização revelou que o Nb₂O₅ apresenta um *band gap* de aproximadamente 3,0 eV e morfologia ortorrômbica, demonstrando potencial para substituir o TiO₂. As DSSCs com eletrodos compósitos apresentaram desempenho superior àquelas com PANI pura ou com eletrodos de pentóxido de nióbio. O compósito PANI/Nb1 (1% de Nb) alcançou um Voc de 0,69 V e uma densidade de corrente de 0,075 mA cm⁻². Esses resultados destacam o potencial da PANI aprimorada com Nb₂O₅ para a conversão eficiente e de baixo custo da energia solar.

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