پیوندهای مفید
اخبار و اعلانات
آمار
| تعداد نشریات | 49 |
| تعداد شمارهها | 1,317 |
| تعداد مقالات | 11,387 |
| تعداد مشاهده مقاله | 24,353,954 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 16,279,285 |
خواص الکترونیکی و نوری پروسکایتهای Ba3MBr3 بدون سرب (M = N, P): بینشهایی از محاسبات اصول اولیه برای کاربردهای سلول خورشیدی | ||
| فصلنامه علمی اپتوالکترونیک | ||
| دوره 8، شماره 2 - شماره پیاپی 23، دی 1404، صفحه 75-84 اصل مقاله (1.42 M) | ||
| نوع مقاله: پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.30473/jphys.2025.75549.1256 | ||
| نویسندگان | ||
| فاطمه نعمتی* 1؛ رضا حبیب پور بی صفر2؛ الهه جوان شور3 | ||
| 1گروه فیزیک، دانشکده علوم و فناوری های نوین، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه | ||
| 2گروه فیزیک ماده چگال، دانشکده فیزیک، دانشگاه تبریز، تبریز | ||
| 3گروه فیزیک، دانشکده علوم و فناوری های نوین، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران | ||
| چکیده | ||
| در این پژوهش، ویژگیهای ساختاری، الکترونیکی و نوری ترکیبات پروسکایتی Ba₃MBr₃ با عناصر نیتروژن و فسفر در جایگاه M، بهصورت سیستماتیک و با بهرهگیری از محاسبات نظریه تابع چگالی مورد بررسی قرار گرفتند. برای افزایش دقت در مدلسازی برهمکنشهای الکترونی، از تقریب گرادیان تعمیمیافته مرتبه دوم استفاده شد و محاسبات هم با و هم بدون در نظر گرفتن اثرات جفتشدگی اسپین-مدار انجام شدند. بهمنظور بهبود پیشبینی شکاف نواری، از تابعی هیبریدی Heyd-Scuseria-Ernzerhof (HSE) بهره گرفته شد. نتایج نشان دادند که در غیاب SOC، ترکیب Ba₃NBr₃ دارای شکاف نواری غیرمستقیم 0/36 الکترونولت و Ba₃PBr₃ دارای شکاف 0/85 الکترونولت است. با اعمال تابعی HSE، این مقادیر بهترتیب به 0/92 و 1/40الکترونولت افزایش یافتند. با در نظر گرفتن SOC، شکاف نواری هر دو ترکیب اندکی کاهش یافت، که این کاهش در ترکیب نیتروژنی محسوستر بود. تحلیل چگالی حالتها نشان داد که اوربیتالهای p از Br نقش اصلی را در نوار ظرفیت ایفا میکنند، در حالی که نوار رسانش عمدتاً از اوربیتالهای d عنصر Ba تشکیل شده است. نقشههای چگالی الکترونی نیز وجود پیوندهای یونی-کووالانسی را تأیید کردند، بهطوریکه پیوند Ba–N نسبت به Ba–P دارای ویژگی کووالانسی قویتری است. در مجموع، این مطالعه نشان میدهد که نوع عنصر جایگزینشده در جایگاه M و همچنین اثرات نسبیتی، تأثیر چشمگیری بر ساختار الکترونیکی و شکاف نواری این مواد دارند. این یافتهها میتوانند راهگشای طراحی پروسکایتهای پایدار و بدون سرب برای کاربردهای نوین اپتوالکترونیکی باشند. | ||
| کلیدواژهها | ||
| پروسکایت؛ سلولهای خورشیدی؛ اثرات الکترونیکی؛ اثرات اپتیکی؛ جفتشدگی اسپین-مدار | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Electronic and Optical Properties of Lead-Free Ba₃MBr₃ (M = N, P) Perovskites: Insights from First-Principles Calculations for Solar Cell Applications | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Fatemeh NematiRishakan1؛ Reza Habibpourbisafar2؛ Elaheh Javanshoor3 | ||
| 1ِDepartment of physics, Faculty of Modern Sciences and Technologies, Urmia University of Technology, Urmia | ||
| 2Departments of Physics, Condensed Matter Group, Faculty of Physics, Tabriz University, Tabriz | ||
| 3Faculty of Modern Sciences and Technologies, Urmia University of Technology, Urmia, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| In this study, the structural, electronic, and optical properties of perovskite compounds Ba₃MBr₃ with nitrogen and phosphorus elements in the M-site were systematically investigated using density functional theory calculations. To increase the accuracy in modeling the electronic interactions, the second-order generalized gradient approximation was used, and calculations were performed both with and without considering the effects of spin-orbit coupling. In order to improve the prediction of the band gap, a hybrid Heyd-Scuseria-Ernzerhof (HSE) functional was used. The results showed that in the absence of SOC, the compound Ba₃NBr₃ has an indirect band gap of 0.36 eV, and Ba₃PBr₃ has a gap of 0.85 eV. By applying the HSE functional, these values increased to 0.92 and 1.40 eV, respectively. Considering SOC, the band gap of both compounds decreased slightly, which was more pronounced in the nitrogen compound. Density of states analysis showed that the p orbitals of Br play a major role in the valence band, while the conduction band is mainly composed of d orbitals of Ba. Electron density maps also confirmed the presence of ion-covalent bonds, such that the Ba–N bond has a stronger covalent character than the Ba–P bond. Overall, this study shows that the type of element substituted in the M site, as well as relativistic effects, has a significant impact on the electronic structure and band gap of these materials. These findings could pave the way for the design of stable and lead-free perovskites for novel optoelectronic applications. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Perovskite, solar cells, electronic effects, optical effects, spin-orbit coupling | ||
| مراجع | ||
|
[1] Majee, R., Parvin, S., Arif Islam, Q., Kumar, A., Debnath, B., Mondal, S., ... & Bhattacharyya, S. (2022). The perfect imperfections in electrocatalysts. The Chemical Record, 22(9), e202200070.
[2] Vodapally, S. N., & Ali, M. H. (2022). A comprehensive review of solar photovoltaic (PV) technologies, architecture, and its applications to improved efficiency. Energies, 16(1), 319.
[3] Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., & Miyasaka, T. (2009). Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells. Journal of the american chemical society, 131(17), 6050-6051.
[4] Liu, S., Biju, V. P., Qi, Y., Chen, W., & Liu, Z. (2023). Recent progress in the development of high-efficiency inverted perovskite solar cells. NPG Asia Materials, 15(1), 27.
[5] Green, M. A., Dunlop, E. D., Yoshita, M., Kopidakis, N., Bothe, K., Siefer, G., ... & Hao, X. (2024). Solar cell efficiency tables (Version 64). Progress in photovoltaics: research and applications, 32(7), 425-441.
[6] J. Han, K. Park, S. Tan, Y. Vaynzof, J. Xue, E. W.-G. Diau, M. G. Bawendi, J.-W. Lee, I. Jeon, Perovskite solar cells, Nature Reviews Methods Primers 5 (2025) 3.
[7]Ortega-San-Martin, L. (2020). Introduction to perovskites: A historical perspective. In Revolution of perovskite: synthesis, properties and applications (pp. 1-41). Singapore: Springer Singapore.
[8] Li, G. (2021, August). Printing and In-situ investigation of perovskite thin films for printable solar cells. In Organic, Hybrid, and Perovskite Photovoltaics XXII (Vol. 11809, p. 118090W). SPIE.
[9] Liu, A., Zhu, H., Bai, S., Reo, Y., Zou, T., Kim, M. G., & Noh, Y. Y. (2022). High-performance inorganic metal halide perovskite transistors. Nature Electronics, 5(2), 78-83.
[10] Awschalom, D. D., & Flatté, M. E. (2007). Challenges for semiconductor spintronics. Nature physics, 3(3), 153-159.
[11] Zhao, Y., & Truhlar, D. G. (2008). Construction of a generalized gradient approximation by restoring the density-gradient expansion and enforcing a tight Lieb–Oxford bound. The Journal of chemical physics, 128(18).
[12] Kaewmeechai, C., Laosiritaworn, Y., & Jaroenjittichai, A. P. (2018, December). HSE hybrid functional calculation of band gap deformation potential in MgGeN2. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1144, No. 1, p. 012045). IOP Publishing.
[13] Yuan, Y., Xu, R., Xu, H. T., Hong, F., Xu, F., & Wang, L. J. (2015). Nature of the band gap of halide perovskites ABX3 (A= CH3NH3, Cs; B= Sn, Pb; X= Cl, Br, I): First-principles calculations. Chinese Physics B, 24(11), 116302.
[14] Anandan, P. R., Nadeem, M., Lin, C. H., Singh, S., Guan, X., Kim, J., ... & Wu, T. (2023). Spin–orbital coupling in all-inorganic metal-halide perovskites: The hidden force that matters. Applied Physics Reviews, 10(4).
[15] Leppert, L., Rangel, T., & Neaton, J. B. (2019). Towards predictive band gaps for halide perovskites: Lessons from one-shot and eigenvalue self-consistent GW. Physical Review Materials, 3(10), 103803.
[16] Huang, L. Y., & Lambrecht, W. R. (2016). Electronic band structure trends of perovskite halides: Beyond Pb and Sn to Ge and Si. Physical Review B, 93(19), 195211.
[17] Yuan, Y., Xu, R., Xu, H. T., Hong, F., Xu, F., & Wang, L. J. (2015). Nature of the band gap of halide perovskites ABX3 (A= CH3NH3, Cs; B= Sn, Pb; X= Cl, Br, I): First-principles calculations. Chinese Physics B, 24(11), 116302.
[18] Anandan, P. R., Nadeem, M., Lin, C. H., Singh, S., Guan, X., Kim, J., ... & Wu, T. (2023). Spin–orbital coupling in all-inorganic metal-halide perovskites: The hidden force that matters. Applied Physics Reviews, 10(4).
[19] Singh, J. K., Mandal, S. K., & Banerjee, G. (2021). Refractive index of different perovskite materials. Journal of Materials Research, 36(9), 1773-1793. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 389 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 122 |
||