A energia fotovoltaica (PV) tem papel de destaque como fonte de energia limpa na matriz energética mundial. Durante a última década, houve um aumento no interesse das perovskitas como um constituinte promissor da camada fotoativa das células solares. As perovskitas constituem uma classe de materiais, os quais são excelentes absorvedores de luz devido às excelentes propriedades optoeletrônicas, incluindo intervalos de gap de energia sintonizáveis, baixa energia de ligação de éxcitons, alta mobilidade de portadores, longo comprimento de difusão etc. A eficiência de conversão de energia das células solares de perovskita aumentou rapidamente de cerca de 9-10% desde 2009 para o 25,2% e 29,1% para células tandem de perovskita e perovskita/Si de junção única, respectivamente. Do ponto de vista teórico, uma previsão confiável de suas propriedades eletrônicas requer a superação de diferentes desafios: a inclusão de efeitos de quasipartículas (QP), inclusão do acoplamento spin-órbita (SOC) e, no caso de misturas, os efeitos de desordem devido a ligas.
Nesta palestra, farei uma revisão dos nossos últimos trabalhos sobre este tópico [1-4], nos quais abordamos o desafio da descrição teórica das propriedades eletrônicas e ópticas de perovskita, utilizando o método DFT-1/2, para inclusão aproximada de efeitos de QP, incluindo SOC, e, no caso das misturas, empregando uma abordagem estatística para tratar os aspectos de desordem. Fornecemos um vasto panorama de propriedades eletrônicas, correlacionadas com sua geometria interna relaxada, para um grupo de 48 perovskitas de haletos, na estrutura cúbica, ABX3 e três ligas. Nosso modelo resulta em gaps de energia em excelente concordância com os experimentos, com um baixo custo computacional. Além disso, o método permite o cálculo de espectros de absorção dependentes da composição. Também fornecemos uma análise completa relacionando as distorções, o caráter das bandas, a interação spin-órbita e os efeitos de segregação de fase, com as propriedades eletrônicas e com o bowing do gap de energia com a composição no caso de misturas.
[1] F. Valadares et al. JPCC 124, 18390 (2020).
[2] F. Valadares et al. JPCC 124, 26124 (2020).
[3] D. Guedes-Sobrinho et al. Sci. Rep. 9, 1 (2019).
[4] D. Guedes-Sobrinho et al. JPCL 10, 4245 (2019).
Conheça um pouco sobre o Prof. Dr. Marcelo Marques:
Possui graduação em Física pela Universidade de São Paulo (1999), mestrado em Física pela Universidade de São Paulo (2001) e doutorado em Física pela Universidade de São Paulo (2005). É atualmente professor associado no Instituto Tecnológico de Aeronáutica-ITA, sendo que de 2006 a 2014 atuou na Divisão de Engenharia Eletrônica, no Departamento de Micro-ondas e Optoeletrônica, se transferindo depois para a Divisão de Ciências Fundamentais no Departamento de Física. É co-fundador do Grupo de Materiais Semicondutores e Nanotecnologia-GMSN que realiza pesquisa teórica em física da matéria condensada com enfase em semicondutores e/ou nanoestruturas. Destacam-se como os dois pontos principais nos trabalhos: (i) a correção de quasíparticula da estrutura eletrônica, especialmente com o método desenvolvido DFT-1/2 e também (ii) a aplicação de modelos estatísticos rigorosos para simulação de sistemas desordenados. Tem-se como objetivo obter as propriedades estruturais, termodinâmicas, elásticas, vibracionais , eletrônicas, ópticas e topológicas de sistemas complexos bidimensionais ou tridimensionais como ligas, heteroestruturas, e materiais com defeitos e impurezas. Em termos de tipos de sistemas, é enfatizado o estudo de nitretos, óxidos, heteroestruturas de van der Waals e perovskitas para aplicações em eletrônica, optoeletrônica e computação quântica.
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