Propriedades optoeletrônicas e de transporte de haletos de dupla perovskita ordenados por vacância: um estudo de primeiros princípios

Na busca por perovskitas estáveis e sem chumbo, as duplas perovskitas ordenadas por vacância (VODPs), A2BX6, surgiram como uma classe promissora de materiais para a captação solar devido à sua nontoxicidade, melhor estabilidade e propriedades optoeletrônicas únicas. Recentemente, esta classe tem sido explorada para uma ampla gama de aplicações, como fotovoltaicos, fotodetectores, fotocatalise e diodos emissores de luz. Aqui, apresentamos a estabilidade e os principais atributos físicos de alguns compostos selecionados de maneira sistemática, utilizando cálculos de primeiros princípios de ponta. Uma análise cuidadosa da estrutura e estabilidade através da simulação de cascos convexos e diagramas de fase composicional para diferentes protótipos estruturais revela 14 compostos estáveis e um composto metastável nesta classe. Cálculos da estrutura eletrônica usando funcionais híbridos revelam que seis compostos possuem lacunas de banda na região visível ideal. Esses seis compostos, a saber, Cs2SnI6, Cs2PdI6, Cs2TeI6, Cs2TiI6, Cs2PtI6 e Cs2PdBr6, mostram alta absorção óptica (≈105cm-1), resultando em alta eficiência máxima limitada espectrograficamente (15-23%) na faixa de espessura do filme fino. Uma inspeção detalhada das propriedades de transporte revela que a dispersão de fônons ópticos polares é o mecanismo dominante que limita a mobilidade geral. Uma análise adicional das excitações de polaronos revela a possibilidade de formação de polaronos grandes em concentrações de defeitos baixas a moderadas. Em altas concentrações de defeitos, a dispersão de impurezas ionizadas prepondera. Tal análise pode ser extremamente útil para escolher as condições ideais de crescimento para um determinado material destinado a uma aplicação desejada. Além disso, alguns compostos selecionados mostram valores moderados a altos de mobilidade eletrônica (∼13-63cm2V-1s-1) à temperatura ambiente. No geral, o presente estudo pavimenta um caminho importante para ajudar a projetar VODPs como candidatos potenciais sem chumbo para futuras aplicações optoeletrônicas.