Estudo teórico de perovskitas do tipo Cs3Sb2X9 (X=Cl, I) para aplicações fotovoltaicas utilizando a teoria do funcional da densidade (DFT)

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Exner, Arthur
• Orientador(a): Ferreira, Jacqueline
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Energia renovável; Células solares; Perovskita; Teoria do funcional de densidade
• Palavras-chave em Inglês: Renewable energy; Solar cells; Perovskites; Density functional theory
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/263990

Energia é um recurso essencial para o desenvolvimento econômico e social, sendo fundamental para aumentar a qualidade de vida das pessoas. No entanto, seu consumo tem aumentado cada vez mais, fazendo com que o mundo volte os olhos para fontes de energias limpas e renováveis, como a energia fotovoltaica gerada a partir de células solares. Nos últimos anos, o desenvolvimento de células solares utilizando perovskitas tem se destacado devido suas propriedades elétricas e ópticas. As detentoras das melhores eficiências até então são do tipo metil-amônio de chumbo e halogênio (MAPbX3). No entanto, a alta toxicidade e natureza carcinogênica do Pb, somadas à presença do cátion orgânico (que prejudica a estabilidade do material em contato com oxigênio ou umidade) inviabilizam a implementação em larga escala dos dispositivos construídos com estes semicondutores. Em virtude disto, pesquisadores em todo o mundo têm buscado alternativas, sendo as mais promissoras aquelas que utilizam perovskitas totalmente inorgânicas e livres de chumbo como Cs3Sb2X9, por demonstrarem propriedades similares à MAPbX3 quando aplicadas em foto-catálise e células solares. O desempenho destas perovskitas depende fortemente do método de preparação, pois é possível obter diferentes polimorfos, além de se controlar suas propriedades ópticas e eletrônicas com processos de dopagem. Em virtude disto, neste trabalho objetivou-se o estudo do polimorfo hexagonal do Cs3Sb2I9 (P63/mmc) e ortorrômbico do Cs3Sb2Cl9 (Pmcn), uma vez que são obtidos facilmente em comparação aos seus respectivos polimorfos trigonais. A fim de compreender as modificações estruturais que levam à melhora das propriedades fotovoltaicas, foram realizadas simulações computacionais de vacâncias e dopagem com halogênio e diferentes metais nessas estruturas, utilizando a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) para extrair o comportamento da estrutura de bandas, além do estudo de energia de formação dos defeitos e obtenção do coeficiente de absorção para as dopagens com metais.