dc.contributor.author | Torres, Israel Silva | |
dc.date.accessioned | 2023-11-16T19:22:32Z | |
dc.date.available | 2023-11-16T19:22:32Z | |
dc.date.issued | 2023-10-26 | |
dc.identifier.citation | TORRES, Israel Silva. Passivação de superfícies de perovskitas via dopagem substitucional. 2023. Tese (Doutorado em Física) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18915. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18915 | |
dc.description.abstract | Humanity currently demands new energy sources to replace polluting energy sources and thus restructure the energy matrix in a sustainable manner. In this context, materials science plays a prominent role, as new materials enable the creation of sustainable and commercially viable energy sources. Perovskites have taken on a prominent role as light absorbers in photovoltaic cells by offering a low-cost alternative with superior optoelectronic properties, potentially surpassing current silicon-based technology. However, the application of these materials in solar energy conversion technology still faces various challenges in achieving competitive efficiency from a commercial perspective, and various enhancement strategies have been proposed. In particular, chemical surface passivation has shown promise in numerous experiments, but with many unexplored possibilities. In this doctoral thesis, we propose a novel surface passivation route through substitutional doping with trivalent cations. As a proof of concept, we apply our proposal to passivate the inorganic perovskite α-CsPbI3 on the (100) surface by replacing the Pb atoms occupying the surface octahedra with trivalent cations, namely In, Sb, and Bi. Our investigation employed ab initio simulation techniques based on density functional theory calculations.We found a preferential doping position in the surface octahedra with more than 0,35 eV/dopant compared to doping in deeper layers. We also observed a reduction in the band gap due to the addition of surface states, resulting in optical band gaps larger than the fundamental ones due to forbidden optical transitions (i.e., dark transitions). Among the dopants used, surface passivation with Bi atoms proved to be the most effective, with enhanced solar light absorption compared to the non-passivated α-CsPbI3 phase. Additionally, we varied the doping concentration and demonstrated the possibility of combining trivalent cations with other passivation mechanisms. Thus, our results for the specific case of α-CsPbI3 perovskite demonstrate the effectiveness of this doping proposal, pointing to a promising new route for improving the optoelectronic properties of perovskites in the field of photovoltaic applications. | eng |
dc.description.sponsorship | Não recebi financiamento | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Perovskitas de haletos | por |
dc.subject | Dispositivos fotovoltaicos | por |
dc.subject | Passivação de superfícies | por |
dc.subject | Teoria da funcional da densidade | por |
dc.title | Passivação de superfícies de perovskitas via dopagem substitucional | por |
dc.title.alternative | Perovskite surface passivation through substitutional doping | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.contributor.advisor1 | Lima, Matheus Paes | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1835846543912999 | por |
dc.description.resumo | A humanidade apresenta atualmente uma demanda por novas fontes de energia para
substituir as fontes de energia poluentes e desta forma re-estruturar a matriz energética
de forma sustentável. Neste contexto, a ciência dos materiais assume papel de destaque,
uma vez que novos materiais possibilitam a criação de novas fontes de energia
sustentáveis e comercialmente viáveis. As perovskitas assumiram papel de destaque
como absorvedores de luz de células fotovoltaicas ao se mostrarem uma alternativa
de baixo custo e com propriedades optoeletrônicas superiores, tendo potencial para
superar a tecnologia atual baseada em silício. Entretanto, a aplicação desses materiais
em tecnologia de conversão de luz solar ainda enfrenta diversos desafios para alcançar
uma eficiência competitiva do ponto de vista comercial, e diversas estratégias de
melhoria têm sido propostas. Em particular, a passivação química de superfície se
mostrou promissora em diversos experimentos, sobretudo na estabilidade estrutural e
propriedades eletrônicas mas com muitas possibilidades ainda inexploradas. Nesta tese
de doutorado, propomos uma rota de passivação de superfície inédita com dopagem
substitucional usando cátions trivalentes. Como prova de conceito, aplicamos nossa
proposta na passivação da perovskita inorgânica α-CsPbI3, na superfície (100) por meio
da substituição dos Pb que ocupam os octaédros de superfície por cátions trivalentes, a
saber, In, Sb e Bi. Nossa investigação utilizou técnicas de simulação ab initio baseadas
em cálculos fundamentados na teoria do funcional da densidade. Encontramos uma posição
preferencial de dopagem nos octaedros superficiais com mais de 0,35 eV/dopante
em comparação com a dopagem de camadas mais internas. Também encontramos uma
diminuição do band gap devido à adição de estados de superfície que resultam em band
gaps ópticos maiores do que os fundamentais devido à transições óticas proibidas (ou
seja, transições dark). Dentre os dopantes utilizados, a passivação de superfície com
átomos de Bi demonstrou ser a mais eficaz, com absorção de luz solar aprimorada em
comparação com a fase α-CsPbI3 não passivada. Além disso, alteramos a concentração
de dopagem e demonstramos a possibilidade de combinar cátions trivalentes com outros
mecanismos de passivação. Sendo assim, nossos resultados para o caso particular
da perovskita α-CsPbI3 demonstram a efetividade desta proposta de dopagem, o que
apontam uma nova rota promissora para melhorar as propriedades optoeletrônicas de
perovskitas no âmbito de aplicações fotovoltaicas. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Física - PPGF | por |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/7602145976843730 | por |