Eletrofiação de nanofibras de KBiFe2O5 com potencial aplicação em células solares
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13862 |
Resumo: | Today, ferroelectric semiconductors with perovskite type structure are widely studied due to the possibility of obtaining voltages higher than their band gap and to their contribution to the charge carriers’ separation due to the intrinsic polarization of these materials. Ferroelectric oxides usually have high Eg (2.70 - 4.00 eV), which allows only harnessing 8-20 % of the solar spectrum. However, the development of new ferroelectric semiconductors like KBiFe2O5 (KBFO) (Eg = 1.60 eV), has encouraged the application of these materials in solar cells. Routes of chemical synthesis, with reduced times and temperatures are essential, however, for the future application of these oxides in solar cells. KBFO was discovered in 2013 as an alternative to BiFeO3 (BFO) (Eg = 2.70 eV); however, until now, this material has only been synthesized at temperatures equal or higher than 650 °C, which difficult its application in photovoltaic devices. Besides, due to the high resistivity of the KBFO, recombination of the charge carriers is facilitated, thus decreasing its potential; this problem can be diminished, however, by reducing the thickness of the sample. In this work, the KBFO phase was obtained through two routes with a polymer as an additive (PVP), sol-gel synthesis and electrospinning, using five different heat treatments. The formation of the phase was confirmed by X-Ray Diffraction, the presence of the phase was confirmed for synthesis temperatures above 550 ° C and the non-formation for the temperature of 500 ° C; the morphology of the samples was analyzed using Scanning Electron Microscopy, proving the nanometric dimension in the samples obtained through the electrospinning process; the band gap value was obtained through absorption spectroscopy in the Ultraviolet-Visible region (UV-Vis), presenting a band gap close to 1.75 eV. The work presented two unprecedented results: obtaining the KBFO phase at temperatures below 650 ° C (without the use of high pressures) and obtaining nanofibers from this phase. |
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Melo, Guilherme Henrique FrançaBretas, Rosario Elida Sumanhttp://lattes.cnpq.br/2805349172281345http://lattes.cnpq.br/45725069264850013fd2691d-b4b8-4269-9e2d-fb30e30974b62021-02-18T14:42:22Z2021-02-18T14:42:22Z2020-07-15MELO, Guilherme Henrique França. Eletrofiação de nanofibras de KBiFe2O5 com potencial aplicação em células solares. 2020. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2020. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13862.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13862Today, ferroelectric semiconductors with perovskite type structure are widely studied due to the possibility of obtaining voltages higher than their band gap and to their contribution to the charge carriers’ separation due to the intrinsic polarization of these materials. Ferroelectric oxides usually have high Eg (2.70 - 4.00 eV), which allows only harnessing 8-20 % of the solar spectrum. However, the development of new ferroelectric semiconductors like KBiFe2O5 (KBFO) (Eg = 1.60 eV), has encouraged the application of these materials in solar cells. Routes of chemical synthesis, with reduced times and temperatures are essential, however, for the future application of these oxides in solar cells. KBFO was discovered in 2013 as an alternative to BiFeO3 (BFO) (Eg = 2.70 eV); however, until now, this material has only been synthesized at temperatures equal or higher than 650 °C, which difficult its application in photovoltaic devices. Besides, due to the high resistivity of the KBFO, recombination of the charge carriers is facilitated, thus decreasing its potential; this problem can be diminished, however, by reducing the thickness of the sample. In this work, the KBFO phase was obtained through two routes with a polymer as an additive (PVP), sol-gel synthesis and electrospinning, using five different heat treatments. The formation of the phase was confirmed by X-Ray Diffraction, the presence of the phase was confirmed for synthesis temperatures above 550 ° C and the non-formation for the temperature of 500 ° C; the morphology of the samples was analyzed using Scanning Electron Microscopy, proving the nanometric dimension in the samples obtained through the electrospinning process; the band gap value was obtained through absorption spectroscopy in the Ultraviolet-Visible region (UV-Vis), presenting a band gap close to 1.75 eV. The work presented two unprecedented results: obtaining the KBFO phase at temperatures below 650 ° C (without the use of high pressures) and obtaining nanofibers from this phase.Semicondutores ferroelétricos com estrutura tipo perovskita têm sido bastante estudados atualmente visando a aplicação em dispositivos fotovoltaicos devido à contribuição na separação dos portadores de cargas decorrente da polarização intrínseca presente nesses materiais. Óxidos ferroelétricos geralmente possuem Eg elevados (2.70 - 4.00 eV), permitindo o aproveitamento de somente 8-20 % do espectro solar. No entanto, o desenvolvimento de novos semicondutores ferroelétricos como a KBiFe2O5 (KBFO) (Eg = 1.60 eV), tem encorajado a aplicação desses materiais em células solares. Rotas de síntese simples, com etapas, tempos e temperaturas reduzidas são essenciais para a aplicação futura de tais óxidos em células solares. A KBFO foi descoberta em 2013 como uma alternativa à BiFeO3 (BFO) (Eg = 2.70 eV); porém, apesar de promissora, até o momento esse material só foi sintetizado com temperaturas iguais ou superiores a 650 °C, o que dificulta sua aplicação em dispositivos fotovoltaicos. Além disso, a relativa alta resistividade do KBFO faz com que os portadores de carga gerados sejam facilmente recombinados, o que reduz o seu potencial; tal problema pode, porém, ser contornado com a redução da espessura da amostra. Nesse trabalho a fase KBFO foi obtida através de duas rotas tendo um polímero como aditivo (PVP), síntese sol-gel e eletrofiação, utilizando cinco tratamentos térmicos diferentes. A formação da fase foi confirmada por Difração de Raio X, a presença da fase foi confirmada para temperaturas de síntese acima de 550 °C e a não formação para a temperatura de 500 °C; a morfologia das amostras foi analisada por meio de Microscopia Eletrônica de Varredura, comprovando a dimensão nanométrica nas amostras obtidas através do processo de eletrofiação; o valor de band gap foi obtido através de Espectroscopia de absorção na região do Ultravioleta-Visível (UV-Vis), apresentando um band gap próximo a 1.75 eV. O trabalho apresentou dois resultados inéditos: obtenção da fase KBFO em temperaturas abaixo de 650 °C (sem o uso de pressões elevadas) e a obtenção de nanofibras dessa fase.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)CNPq: 139287/2018-3porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessKBiFe2O5EletrofiaçãoPerovskitaEnergia solarElectrospinningPerovskiteSolar energyENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSEletrofiação de nanofibras de KBiFe2O5 com potencial aplicação em células solaresElectrospinning of KBiFe2O5 nanofibers with potential application in solar cell devicesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis600600e983e14c-124c-422a-a96e-24e26346a86breponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALDissertação Guilherme H. 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Today, ferroelectric semiconductors with perovskite type structure are widely studied due to the possibility of obtaining voltages higher than their band gap and to their contribution to the charge carriers’ separation due to the intrinsic polarization of these materials. Ferroelectric oxides usually have high Eg (2.70 - 4.00 eV), which allows only harnessing 8-20 % of the solar spectrum. However, the development of new ferroelectric semiconductors like KBiFe2O5 (KBFO) (Eg = 1.60 eV), has encouraged the application of these materials in solar cells. Routes of chemical synthesis, with reduced times and temperatures are essential, however, for the future application of these oxides in solar cells. KBFO was discovered in 2013 as an alternative to BiFeO3 (BFO) (Eg = 2.70 eV); however, until now, this material has only been synthesized at temperatures equal or higher than 650 °C, which difficult its application in photovoltaic devices. Besides, due to the high resistivity of the KBFO, recombination of the charge carriers is facilitated, thus decreasing its potential; this problem can be diminished, however, by reducing the thickness of the sample. In this work, the KBFO phase was obtained through two routes with a polymer as an additive (PVP), sol-gel synthesis and electrospinning, using five different heat treatments. The formation of the phase was confirmed by X-Ray Diffraction, the presence of the phase was confirmed for synthesis temperatures above 550 ° C and the non-formation for the temperature of 500 ° C; the morphology of the samples was analyzed using Scanning Electron Microscopy, proving the nanometric dimension in the samples obtained through the electrospinning process; the band gap value was obtained through absorption spectroscopy in the Ultraviolet-Visible region (UV-Vis), presenting a band gap close to 1.75 eV. The work presented two unprecedented results: obtaining the KBFO phase at temperatures below 650 ° C (without the use of high pressures) and obtaining nanofibers from this phase. |
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