Estudo das propriedades estruturais e optoeletrônicas de Perovskitas ecológicas de Haleto com baixa dimensionalidade
Abstract
As Perovskitas de Haleto de Metal Híbridas (MHPs) bidimensionais (2D), nas últimas
décadas, acenderam como semicondutores promissores para aplicação em dispositivos
fotovoltaicos. Apesar da alta compatibilidade com o meio ambiente e excelente
estabilidade termodinâmica, o emprego do chumbo (Pb) como metal base apresenta
riscos para o meio ambiente e a vida humana. Buscando transpor essa barreira à
comercialização, este trabalho explora o impacto de metais (B) e haletos (X) alternativos
(B = Ge ou Sn; X = Br ou I), na estrutura inorgânica, sobre as propriedades estrutural
e optoeletrônica. Os sistemas investigados são as MHPs 2D da família RuddlesdenPopper,
BA
2
MA
n+1
B
n
X
3n+1
(de 1 até 5 camadas), e a perovskita 3D bulk (MA)BX
(onde
BA = butilamônio e MA = metilamônio), empregando uma metodologia ab initio com
correções de spin-órbita (SOC), quasipartícula DFT-1/2 e forças de van der Waals (D3).
Resultados preliminares indicaram como o raio iônico pode induzir anisotropia nas
distorções internas e externas das redes orgânica e inorgânica. Da mesma forma,
os espaçadores BA afetaram a distorção local e a energia de gap do sistema. Em
seguida, analisamos as propriedades excitônicas e de resposta óptica do sistema
BA
2
SnI
, utilizando um protocolo computacional capaz de integrar abordagens ab initio
e semi-empírica. Aplicamos um fluxo de cálculo computacional robusto e econômico, o
qual combina funções de Wannier maximamente localizadas via o método tight-binding
(MLWF-TB), descrevendo os estados eletrônicos no escopo da aproximação de partícula
independente (IPA) e da equação de Bethe-Salpeter (BSE). Tudo isso mantendo
o mesmo protocolo ab initio e suas correções. A análise revelou que substituir Pb
por Sn aprimorou as propriedades excitônicas e a eficiência de extração de carga,
demonstrando que a perovskita BA
4
2
SnI
é um material fotovoltaico promissor, capaz
de atingir até 25% de eficiência de potência de conversão (PCE) em filmes ultrafinos
com espessura inferior a 0;25 µm. Além disso, em comparação com o IPA, a predição
via BSE revelou um red-shift na absorção óptica, estendendo o intervalo de resposta
ao espectro visível. O protocolo empregado promove uma caracterização profunda
de perovskitas 2D, preparando o caminho para alternativas ecologicamente corretas
e aptas a substituir eficientemente o Pb por materiais sustentáveis. Todavia, apesar
das características vantajosas dessas perovskitas, são necessários desenvolvimentos
mais aprofundados para favorecer sua produção e aprimorar sua estabilidade de
performance.