Difusão eletrônica em uma rede nanoestruturada

Abstract

Resumo: Neste trabalho apresentamos um modelo baseado na equação mestra para tentar representar a difusão eletrônica em uma rede nanoestruturada, com objetivo de representar a rede nanoporosa de TiO2 que está presente em dispositivos como a célula solar de Gratzel e também é estudado em experimentos de medida de fotovoltagem de superfície. Primeiramente fizemos um estudo 1D para analisar se nosso modelo apresenta resultados significativos. Conseguimos obter uma expressão dependente do tempo para o coeficiente de difusão no caso 1D. Esse coeficiente mostrou inicialmente uma dependência com o numero de elétrons, mas se torna independente a tempos longos. Fizemos uma simulação de uma rede 3D de forma a comparar com resultados existentes nos estudos sobre difusão eletrônica no TiO2. Conseguimos representar dados com respeito a porosidade de uma rede de nanopartículas e estudamos o coeficiente de difusão no caso 3D.

Abstract: In this work we present a model based on a master equation to describe the electron diffusion in a nanostructured network, such as the nanoporous TiO2 network present in the Gratzel solar cell. First we made a one-dimensional study to examine whether our model presented significant results. We obtained a time dependent diffusion coefficient. At short times, this coefficient showed a dependency on the number of electrons, but it became independent at long times. We made a three-dimensional simulation using a network of hard-spheres in order to compare our results with existing measurements of electron diffusion in nano-structured TiO2. We found the dependency of the diffusion constant with the network porosity and with the capacitance of each nano-sphere.