بررسی نقص در سلول های خورشیدی پروسکایتی بر پایه ی نظریه ی تابعی چگالی

پروسکایت معدنی CsPbI_"۳" در فاز پایدار γ (اورتورومبیک)، به دلیل گاف نواری مناسب برای جذب طیف خورشیدی و پایداری حرارتی بالاتر نسبت به همتایان آلی-معدنی، یکی از کاندیدهای امیدوارکننده برای لایه ی جاذب سلول های خورشیدی پروسکایتی نسل جدید به شمار می رود. با این حال، عملکرد فوتوولتائیک این ماده به شدت متاثر از نقص های نقطه ای ذاتی است که در حین رشد بلور شکل می گیرند و می توانند به عنوان مراکز بازترکیب غیرتابشی حامل های بار عمل کنند. در این پژوهش، با استفاده از محاسبات نظریه ی تابعی چگالی (DFT) در چارچوب تقریب گرادیان تعمیم یافته (GGA-PBE) و بسته ی نرم افزاری Quantum ESPRESSO، ساختار الکترونی بولک فاز 〖γ-CsPbI〗_"۳" و انرژی تشکیل نقص خلا ید در دو حالت بار ، با استفاده از یک ابرسلول ۲×۲×۲ ، محاسبه شد. پتانسیل شیمیایی ید از تحلیل تعادل ترمودینامیکی میان فاز میزبان و فازهای رقیب CsI و PbI_"۲" استخراج و انرژی تشکیل نقص طبق فرمول بندی Zhang-Northrup به عنوان تابعی از موقعیت تراز فرمی محاسبه شد. نتایج نشان می دهند که گاف نواری محاسبه شده ی بولک برابر ۱٫۸۳۳۵ الکترون ولت است و تراز گذار بار نقص خلا ید، ε("۰" /"+۱" )، در فاصله ای کمتر از ۰٫۰۶ الکترون ولت از لبه ی نوار رسانش قرار می گیرد؛ یافته ای که ماهیت کم عمق این نقص را از منظر بازترکیب مستقیم Shockley-Read-Hall تایید می کند. در مقابل، انرژی تشکیل این نقص تحت شرایط سنتزی کمبود ید (I-poor) بسیار پایین است، که نشان می دهد غلظت تعادلی آن می تواند در نمونه ی واقعی بالا باشد و از مسیرهای غیرمستقیم (تغییر نوع رسانایی، پراکندگی حامل بار) بر عملکرد دستگاه اثر بگذارد. بر این اساس، کنترل دقیق نسبت استوکیومتری PbI_"۲" به CsI در فرآیند سنتز، به عنوان راهبردی عملی برای کاهش غلظت این نقص پیشنهاد می شود.

کلیدواژه ها:

پروسکایت معدنی CsPbI_"۳" ، نظریه ی تابعی چگالی ، نقص نقطه ای ، سلول خورشیدی