Síntese e caracterização de propriedades físicas de perovskitas ferroelétricas a base de PbTiO3 para potenciais aplicações fotovoltaicas

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dc.contributor.advisorLente, Manuel Henrique [UNIFESP]
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0640997586726641pt_BR
dc.contributor.authorZaggo, Henrique Morales [UNIFESP]
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/7790109095087813pt_BR
dc.coverage.spatialSão José dos Campos, SPpt_BR
dc.date.accessioned2023-02-07T13:35:09Z
dc.date.available2023-02-07T13:35:09Z
dc.date.issued2023-01-12
dc.description.abstractDentre os potenciais materiais aplicáveis em células fotovoltaicas, os ferroelétricos se destacam por apresentarem polarização espontânea em determinada faixa de temperatura, característica esta que permite a presença de um campo elétrico interno capaz de evitar a recombinação de elétrons e buracos gerados por fotoexcitação. No entanto, como limitação para esta classe de materiais, cerâmicas ferroelétricas normalmente apresentam um band gap largo, de aproximadamente 3 eV, o que resulta em uma absorção majoritária de fótons na região da radiação ultravioleta. Como a maior parcela de fótons que incide na superfície terrestre está na região do visível, estes materiais apresentam uma limitação de absorção. Desta forma, com o intuito de contornar esta dificuldade nos ferroelétricos, uma das alternativas é a dopagem nos sítios B da estrutura destas cerâmicas com metais de transição. Portanto, este projeto foi focado no desenvolvimento de cerâmicas ferroelétricas a base de titanato de chumbo modificadas pela dopagem dos sítios B com níquel e nióbio, Pb(Ti1-3x Nix Nb2x)O3 (PNT-Ni), com x = 0,10. É demonstrado que, em comparação à rota comum por mistura de óxidos, a rota da columbita de níquel favorece a obtenção da estrutura perovskita com menor ocorrência de fases secundárias. Constatou-se a variação da densidade do PNT-Ni em função da temperatura de sinterização, havendo uma densificação máxima em 1125 °C. Considerando esta temperatura para a consolidação da rota de processamento, foram obtidas cerâmicas de PNT-Ni densas, com microestrutura refinada e estrutura perovskita tetragonal, com razão de distorção da estrutura c/a ~ 1,028. Por fim, a análise por espectroscopia de reflectância difusa foi utilizada para a verificação das propriedades ópticas. A metodologia de dopagem se demonstrou eficiente na redução do band gap do PbTiO3, sendo obtido um valor de cerca de 2,3 eV para temperaturas de sinterização entre 1100°C e 1125 °C, o qual é reduzido a um mínimo de 2,0 eV para uma sinterização a 1225 °C. Desta forma, foi alcançado um deslocamento da faixa de absorção da cerâmica ferroelétrica em questão, da faixa do UV para a faixa do visível, resultado este relacionado à dopagem com metais de transição e ocorrência de defeitos característicos do processo de dopagem na estrutura perovskita do PbTiO3.pt_BR
dc.description.abstractAmong the materials applicable in photovoltaic cells, ferroelectrics stand out for presenting spontaneous polarization in the given temperature range, a characteristic that allows the presence of an internal electric field capable of avoiding the recombination of electrons and holes generated by photoexcitation. However, as a limitation for this class of materials, ferroelectric ceramics present a wide band gap, around 3 eV, which results in a majority of photon absorption in the ultraviolet radiation region. As the largest portion of photons falls on the visible region, these materials include a limitation on their absorption. Thus, in order to overcome this difficulty in ferroelectrics, one of the alternatives is a doping of the structure's B-sites with transition metals. This project is focused on the development of ceramics based on lead titanate modified with niobium and nickel, Pb(Ti1-3x Nix Nb2x)O3 (PNT-Ni), in a proportion of x = 0.10. It is demonstrated that, in comparison to the common route by mixing oxides, the nickel columbite route favors obtaining the perovskite structure with less occurrence of secondary phases. A variation in the density of PNT-Ni as a function of the sintering temperature was verified, with a maximum densification at 1125 °C. Considering this temperature for the consolidation of the processing route, dense PNT-Ni ceramics were obtained, with refined microstructure and tetragonal perovskite structure with a structure distortion ratio c/a ~ 1.028. Finally, analysis by diffuse reflectance spectroscopy was used to verify the optical properties. The doping methodology proved to be efficient in reducing the PbTiO3 band gap, obtaining a value of about 2.3 eV for sintering temperatures between 1100°C and 1125 °C, which is reduced to a minimum of 2.0 eV for sintering at 1225 °C. In this way, a shift in the absorption range of the ferroelectric ceramic in question was achieved, from the UV range to the visible range, a result related to doping with transition metals and the occurrence of characteristic defects of the doping process in the perovskite structure of PbTiO3.pt_BR
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamentopt_BR
dc.emailadvisor.custommlente@unifesp.brpt_BR
dc.format.extent49 f.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.unifesp.br/handle/11600/66981
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de São Paulopt_BR
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccesspt_BR
dc.subjectFerroelétricospt_BR
dc.subjectBand gappt_BR
dc.subjectDopagempt_BR
dc.subjectTitanato de chumbopt_BR
dc.subjectSinterizaçãopt_BR
dc.titleSíntese e caracterização de propriedades físicas de perovskitas ferroelétricas a base de PbTiO3 para potenciais aplicações fotovoltaicaspt_BR
dc.title.alternativeSynthesis and characterization of physical properties of PbTiO3-based ferroelectric perovskites for potential photovoltaic applicationspt_BR
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesispt_BR
unifesp.campusInstituto de Ciência e Tecnologia (ICT)pt_BR
unifesp.graduacaoEngenharia de Materiaispt_BR
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