Influência da inserção dos íons Bi3+, La3+, Fe3+ e Mn3+ na distorção da rede cristalina, redução do bandgap e efeito fotovoltaico do KNbO3 - Elicker, Carolina (2017)
O sol é uma fonte renovável de energia virtualmente ilimitada e com potencial para substituir os combustíveis fósseis. A conversão de energia solar em eletricidade é possível devido ao efeito fotovoltaico presente em materiais que constituem as chamadas células solares ou células fotovoltaicas. A assimetria devido à polarização elétrica espontânea promove efeito fotovoltaico em materiais ferroelétricos, tornando possível a criação de células fotoferroelétricas para captação e conversão de energia solar em eletricidade. Muito embora materiais ferroelétricos como titanato zirconato de chumbo (PZT) e ferrita de bismuto (BiFeO3) estejam sendo extensamente investigados, pouco se conhece a respeito do potencial de utilização de niobato de potássio (KNbO3) neste tipo de aplicação. Este trabalho investiga de maneira inédita a síntese e caracterização dos compostos (1-x)KNbO3–xABO3, onde A = Bi ou La, B = Fe ou Mn e x = 0; 0,01; 0,02; 0,04; 0,08; 0,16; 0,32, a distorção causada pela inserção dos íons Bi3+ ou La3+ e Fe3+ ou Mn3+ na rede cristalina, na polarização e na redução do bandgap do KNbO3, bem como sua aplicação em dispositivos ferroelétricos fotovoltaicos. Difração de raios-X e espectroscopia Raman revelaram alterações na rede cristalina do KNbO3 com o aumento de x em todas as composições, além da manutenção da ordem de polarização de longo alcance (ferroeletricidade) em todas as amostras sintetizadas. O bandgap das composições mostrou–se continuamente reduzido com aumento de x em todas as composições, alcançando redução máxima de 0,9 eV na composição 0,68KNbO3–0,32BiFeO3. Observou–se clara alteração no comportamento da curva I–V do KNbO3 em comparação com suas soluções sólidas. Particularmente, as amostras 0,68KNbO3–0,32BiFeO3, 0,68KNbO3–0,32LaFeO3, 0,92KNbO3–0,08BiMnO3 e 0,84KNbO3–0,16LaMnO3 apresentaram comportamento diodo esperado de células solares. A amostra 0,92KNbO3–0,08BiMnO3 resultou na melhor combinação de resultados de corrente e tensão, 0,6 μA e 0,16 V, respectivamente. Este resultado é o melhor reportado dentre os compostos semelhantes já estudados.