خصائص الأوبتوإلكترونية والنقل للهاليدات ذات الفراغ المتناوب: دراسة من المبادئ الأولى

في البحث عن البيروفيسكيت المستقر الخالي من الرصاص، برزت البيروفيسكيت ذات الفراغ المتناوب (VODPs)، A2BX6، كفئة واعدة من المواد لجني الطاقة الشمسية بفضل عدم سمّيتها، واستقرارها الأفضل، وخصائصها الفريدة في الأوبتوإلكترونيات. في الآونة الأخيرة، تم استكشاف هذه الفئة لمجموعة واسعة من التطبيقات، مثل الطاقة الشمسية، والكواشف الضوئية، والتحفيز الضوئي، والصمامات الثنائية الباعثة للضوء. هنا، نقدم الاستقرار والسمات الفيزيائية الرئيسية لبعض المركبات المختارة بطريقة منهجية باستخدام حسابات من المبادئ الأولى حديثة. يكشف تحليل هيكلي ودراسة استقرارية دقيقة عبر محاكاة الهياكل المقعرة والمخططات الطيفية للتركيبات المختلفة عن 14 مركبًا مستقرًا ومركبًا واحدًا غير مستقر في هذه الفئة. تكشف حسابات الهيكل الإلكتروني باستخدام الوظائف الهجينة أن ستة مركبات تمتلك فجوات في النطاق المثالي المرئي. تظهر هذه المركبات الستة، وهي Cs2SnI6 وCs2PdI6 وCs2TeI6 وCs2TiI6 وCs2PtI6 وCs2PdBr6، امتصاصًا بصريًا عاليًا (≈105 سم-1)، مما يؤدي إلى كفاءة قصوى محددة طيفيًا عالية (15-23%) في نطاق سمك الفيلم الرقيق. يكشف التفحص الدقيق لخصائص النقل أن تشتت الفونونات القطبية الضوئية هو الآلية السائدة التي تقيد التنقل الكلي. يكشف التحليل الإضافي لاثارات البولارون إمكانية تشكيل بولارون كبير عند تركيزات عيوب منخفضة إلى متوسطة. عند تركيزات العيوب العالية، تتولى تشتت الشوائب المؤينة. يمكن أن تكون مثل هذه التحليلات مفيدة للغاية لاختيار شروط النمو المثلى لمادة معينة من المقرر استخدامها لتطبيق مرغوب. بالإضافة إلى ذلك، تظهر بعض المركبات المختارة قيم تنقل الإلكترون متوسطة إلى عالية (∼13-63 سم2 فولت-1 ثانية-1) في درجة حرارة الغرفة. بشكل عام، تمهد الدراسة الحالية الطريق لمساعدتنا على تصميم VODPs كمرشحين محتملين خاليين من الرصاص للتطبيقات المستقبلية في الأوبتوإلكترونيات.