نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران.

2 دانشیار، گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران.

چکیده

در کار حاضر ویژگی‌های ساختاری، الکترونی و اپتیکی پروسکایت‌های دوگانه بدون سرب با فرمول کلی (X=Br or Cl) Cs2AgBiX6 در چارچوب نظریه تابعی چگالی (DFT) و با استفاده از تقریب‌های چگالی موضعی (LDA) و شیب تعمیم یافته (GGA) توسط بسته محاسباتی ابینیت بررسی شده است. این ترکیب‌ها با پایداری مناسب و عدم سمیت جایگزین خوبی برای پروسکایت‌های هالید سربی هستند. برانگیختگی‌های نوری پروسکایت‌های دوگانه به دلیل گاف نواری بهینه در محدوده‌ نور مرئی و انرژی پیوند اکسیتونی کم، اهمیت دارد. ویژگی‌های اپتیکی شامل: ضرایب جذب، شکست، خاموشی و بازتاب و تابع اتلاف با استفاده از رهیافت‌های تقریب فاز تصادفی در کوهن-شم (RPA-KS) و گرین (RPA-GW) به‌دست آمده‌اند. نتایج در رهیافت تابع گرین در مقایسه با رهیافت کوهن-شم، تطابق بهتری با نتایج کارهای تجربی دارد. در ناحیه طیف نور مرئی، پلاسمون‌های حجمی وجود ندارند و میزان اتلاف انرژی کم است.

کلیدواژه‌ها

[1] E. Yang, and X. Luo, "Theoretical pressure-tuning bandgaps of double perovskites A2(BB’)X6 for photo-voltaics", Solar Energy 207, 165-172 (2020).
[2] J. P. Correa-Baena, et al., "Promises and challenges of perovskite solar cells", Science 6364, 739-744 (2017).
[3] G. Volonakis, et al., "Lead-free halide double perovskites via heterovalent substitution of noble metals", J. Phys. Chem. Lett. 7, 1254-1259 (2016).
[4] F. Sahli, et al., "Fully textured monolithic perovskite/silicon tandem solar cells with 25.2% power conversion efficiency", Nat. Mater. 9, 820-826 (2018).
[5] M. R. Filip, et al., "Phase diagrams and stability of lead-free halide double perovskites Cs2BB′X6: B= Sb and Bi, B′= Cu, Ag, and Au, and X= Cl, Br, and I", J. Phys. Chem 122, 158-170 (2017).
[6] A. Tayaa, et al., "Structural, electronic and optical studies of Pb-free halide double perovskite Cs2BiAgBr6; an mBJLDA approach", AIP. Conf. Proc 2093, 020028 (2019).
[7] Y. He, et al., "Revisiting the thermal ageing on the metallised polypropylene film capacitor: from device to dielectric film", High Voltage 2, 305-314 (2023).
[8] O. A. Lozhkina, et al., "Microstructural analysis and optical properties of the halide double  Cs2BiAgBr6 single crystals", Chem. Phys. Lett. 694, 18-22 (2018).
[9] H. Yin, et al., "Structurally Stabilizing and Environment Friendly Triggers: Double-Metallic Lead-Free Perovskites", solar. RPL. 9, 1900148-1900169, (2019).
[10] E. T. McClure, et al., " Cs2AgBiX6 (X = Br, Cl) New Visible Light Absorbing, Lead-Free Halide Perovskite Semiconductors", Chem. Mater. 28, 1348–1354 (2016).
[11] M. R. Filip, et al., "Band gaps of the lead-free halide double perovskites Cs2BiAgCl6 and Cs2BiAgBr6 from theory and experiment", J. Phys. Chem. Lett. 7, 2579-2585 (2016).
[12] X. Yang, et al., "Recent advances in Cs2AgBiBr6-based halide double perovskites as lead-free and inorganic light absorbers for perovskite solar cells", Energy & Fuels 9, 10513-10528 (2020).
[13] M. Palummo, et al., "Optical properties of lead-free double perovskites by ab initio excited-state methods", ACS Energy Lett. 2, 457-463 (2020).
[14] M. N. Tripathi, A. Saha, and S. Singh, "Structural, elastic, electronic and optical properties of lead-free halide double perovskites Cs2AgBiX6 (X= F, Cl, Br and I) for the photovoltaic and optoelectronic applications", Inorg. Chem. Commun. 140, 109395 (2022).
[15] S. Amraoui, A. Feraoun, and M. J. Kerouad, "Electronic and optical properties of the lead free  halide double perovskite Cs2AgBiX6 (X= Cl, Br, and I)". Mater. Res. Express 6, 115517 (2019).
[16] W. G. Aulbur, et al., "Quasiparticle calculations in solids. Solid state physics" (New York. 1955), 1-218 (2000) 54
[17] L. Hedin, "New method for calculating the one-particle Green's function with application to the electron-gas problem", Phys. Rev. 3A, A796 (1965).
[18] M. S. Hybertsen and S. G. Louie, "Electron correlation in semiconductors and insulators: Band gaps and quasiparticle energies", Phys. Rev.B 34, 5390-5413 (1986).
[19] X. Gonze, et al., "ABINIT: First-principles approach to material and nanosystem properties", Comut.Phys. Commun. 180, 2582–2615 (2009).
[20] K. Burke, et al., "The ABC of Density Functional Theory", University of California, California, Irvine (2007).
[21] A. D. Becke, "Density-fnnctional exchange-energy approximation with correct asymptotic behavior", Phys. Rev. 6, 3098-3100 (1988).
[22] J. P. Perdew, et al., "Generalized Gradient Approximation Made Simple", Phys. Rev.Lett. 77, 3865-3869 (1996).
[23] N. R. Kumar and R. Radhakrishnan, "Electronic, optical and mechanical properties of lead-free halide double perovskites using first-principles density functional theory", J. Mater. Lett. 227, 289-291 (2018).
[24] H. J. Feng, et al.,"Double perovskite Cs2BBiX6 (B= Ag, Cu; X= Br, Cl)/TiO2 heterojunction: an efficient Pb-free perovskite interface for charge extraction", J. Phys. Chem. 8, 4471-4480 (2017).
[25] G. Grosso and G. P. Parravicini, "Solid State Physics", 2nd edition, Elsevier, Academic Press, 1-714 (2003).
[26] S. H. Wemple and M. DiDomenico Jr, "Behavior of the electronic dielectric constant in covalent and ionic materials", Phys. Rev. B 3, 1338 (1971).
[27] W. Shockley and H. J. Queisser, "Defect Engineering in Multinary Earth-Abundant Chalcogenide Photovoltaic Materials", J. Appl. Phys. 32, 510-519 (1961).
[28] S. Thawarkar, et al.,"Experimental and theoretical investigation of the structural and opto‐electronic properties of Fe‐doped lead‐free Cs2AgBiCl6 double perovskite", Chem. Eur. J. 26, 7408-7417 (2021).
[29] W Yu, et al.,"Expanding the Absorption of Double Perovskite Cs2AgBiBr6 to NIR Region", J. Phys. Chem. Lett. 23, 5310-5317 (2023).
[30] M. A. Rehman, et al., "Density functional theory study of structural, electronic, optical, mechanical, and thermodynamic properties of halide double perovskites Cs2AgBiX6 (X= Cl, Br, I) for photovoltaic applications", J. Phys. Chem. Solids 181, 111443 (2023).
[31] S. Shakeel, et al.,"Investigation of Pressure-Dependent Electronic and Optical Properties of Double Perovskites Cs2AgXY6 (X= Bi, In; Y= Cl, Br)", J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 34, 1040–1054 (2024).
[32] A. H. Slavney, et al., "A bismuth-halide double perovskite with long carrier recombination lifetime for photovoltaic applications", J. Am. Chem. Soc. 138, 2138−2141 (2016).
[33] G. Volonakis, et al., "Cs2InAgCl6: a new lead-free halide double perovskite with direct band gap", J. Phys. Chem. Lett. 4, 772–778 (2017).