Потенціал подвійних галогенідів перовскіту Rb2CuSbH6 (H = Cl, Br, I) для гнучкої електроніки: комплексне дослідження структурних, механічних, електричних та оптичних властивостей

  • Крішна Кумар Мішра Інститут інженерії та технології Університету Чіткара, Університет Чіткара, Раджпура, Пенджаб, Індія https://orcid.org/0000-0001-6888-7654
  • Соня Чахар Інститут інженерії та технології Університету Чіткара, Університет Чіткара, Раджпура, Пенджа, Індія https://orcid.org/0000-0001-5250-5228
  • Раджніш Шарма Школа інженерії та технології, Університет Чіткара, Солан, Гімачал-Прадеш, Індія https://orcid.org/0000-0001-8644-016X
DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-4-40
Ключові слова: перовскіт, QuantumATK, DFT, оптичні властивості, електронна структура, механічні властивості

Анотація

Структурні, механічні, електричні та оптичні властивості подвійних галогенідів перовскіту, таких як Rb2CuSbH6 (де H = Cl, Br та I) для гнучких електронних пристроїв, захоплюючі та складні. Дослідження літератури чітко встановлює, що дослідження щодо аналізу потенційного використання цих матеріалів у дуже затребуваному секторі гнучких електронних пристроїв були обмежені. У цій статті були проведені цілеспрямовані дослідження щодо вивчення характеристик цих матеріалів за допомогою програмного засобу QuantumATK NanoLab. Усі галогеніди подвійного перовскіту Rb2CuSbH6 (H = Cl, Br, I) демонструють позитивні значення пружних констант C11, C12 та C44 і підкоряються тенденції стабільності C11>C12>C44. Механічну стабільність встановлювали за критеріями Борна-Хуанга. Оптимізовані значення модуля Юнга, модуля об’ємної пружності, модуля зсуву та коефіцієнтів Пуассона встановили, що матеріали є стабільними та пластичними за своєю природою. Під час проведення аналізу електронних властивостей було виявлено, що всі три матеріали Rb2CuSbCl6, Rb2CuSbBr6 і Rb2CuSbI6 мають непряму заборонену зону 0,924 еВ, 0,560 еВ і 0,157 еВ відповідно. Більше того, природність комплексної смугової структури (CB) вказує на те, що найбільша кількість хвиль, що завмирають, може існувати, коли поділ шарів найменший у Rb2CuSbCl6 (6,0 Å), Rb2CuSbBr6 (6,33 Å) і найвищий у Rb2CuSbI6 (6,8 Å). Смуги поглинання для Rb2CuSbCl6, Rb2CuSbBr6 і Rb2CuSbI6 лежать у видимому діапазоні від 344 нм до 574 нм, від 348 нм до 688 нм і від 369 нм до 608 нм відповідно. Коефіцієнт відбиття (r), зазначений у цьому дослідженні, становить 0,105, 0,139 і 0,185 відповідно для Rb2CuSbCl6, Rb2CuSbBr6 і Rb2CuSbI6. Загалом, усі отримані результати вказують на необхідність більш глибокого вивчення матеріалів Rb2CuSbH6 для різних застосувань електронних пристроїв.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Біографія автора

Раджніш Шарма, Школа інженерії та технології, Університет Чіткара, Солан, Гімачал-Прадеш, Індія

Dr. Rajnish Sharma is the Vice Chancellor of Chitkara University – Himachal Pradesh. Formerly the Pro Vice-Chancellor (Academic Affairs) at Chitkara University, Punjab, he played a pivotal role in aligning academic systems with the National Education Policy 2020. With a PhD in Electronic Science, he has authored nearly 100 Scopus indexed papers, a book, and holds over 10 patents, showcasing his commitment to pushing the boundaries of knowledge in RF Microelectronics and next-generation technologies.

As an IEEE senior member, Dr. Sharma actively participates in conferences, contributing to disseminating cutting-edge research in his field. His engagement is not confined to academic circles; he also serves on NAAC panels, playing a crucial role in maintaining and enhancing educational standards.

Dr. Sharma’s global exposure through visits to the USA, China, the UK, and more has enriched his perspectives and contributed to his diverse research interests. This international engagement has not only broadened his academic horizons but has also fostered collaborations with scholars and institutions worldwide.

Currently, as the Organising Chair for the IEEE R10 conference TENSYMP 2024, Dr. Sharma continues to lead and excel in both academic and leadership capacities. His commitment to advancing education, coupled with his extensive research contributions, positions him as a key figure in the higher education landscape, contributing to the growth and development of Chitkara University.

Посилання

Flexible Electronics Global Market Report (2023). https://www.globenewswire.com/news-release/2023/03/14/2626974/0/en/Flexible-Electronics-Global-Market-Report-2023.html

M.A. Amin, et al., “Study of double perovskites X2InSbO6 (X= Sr, Ba) for renewable energy; alternative of organic-inorganic perovskites,” Journal of Materials Research and Technology, 18, 4403-4412 (2022). https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.04.114

Q. Mahmood, M. Younas, M.G.B. Ashiq, S.M. Ramay, A. Mahmood, and H.M. Ghaithan, “First principle study of lead‐free double perovskites halides Rb2Pd(Cl/Br)6 for solar cells and renewable energy devices: a quantum DFT,” International Journal of Energy Research, 45(10), 14995-15004 (2021). https://doi.org/10.1002/er.6778

C. Zhang, et al., “Design of a novel and highly stable lead-free Cs2NaBiI6 double perovskite for photovoltaic application,” Sustainable energy & fuels, 2(11), 2419-2428 (2018). https://doi.org/10.1039/C8SE00154E

A. Moskvin, L. Makhnev, N. Nomerovannaya, Loshkareva, and A. Balbashov, “Interplay of p-d and d-d charge transfer transitions in rare-earth perovskite manganites,” Physical Review B, 82(3), 035106 (2010). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.035106

C. Weeks, and M. Franz, “Topological insulators on the Lieb and perovskite lattices,” Physical Review B, 82(8), 085310 (2010). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.085310

T. Yamada, et al., “Self‐assembled perovskite‐fluorite oblique nanostructures for adaptive (tunable) electronics,” Advanced Materials, 21(13), 1363-1367 (2009). https://doi.org/10.1002/adma.200800253

J. Lettieri, M. Zurbuchen, Y. Jia, D. Schlom, S. Streiffer, and M. Hawley, “Epitaxial growth of non-c-oriented SrBi2Nb2O9 on (111) SrTiO3,” Applied Physics Letters, 76(20), 2937-2939 (2000). https://doi.org/10.1063/1.126522

H. Jin, J. Im, and A. J. Freeman, “Topological insulator phase in halide perovskite structures,” Physical Review B, 86(12), 121102 (2012). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.86.121102

Chung, B. Lee, J. He, R. P. Chang, and M. G. Kanatzidis, “All-solid-state dye-sensitized solar cells with high efficiency,” Nature, 485(7399), 486-489 (2012). https://doi.org/10.1038/nature11067

M.M. Lee, J. Teuscher, T. Miyasaka, T.N. Murakami, and H.J. Snaith, “Efficient hybrid solar cells based on meso-superstructured organometal halide perovskites,” Science, 338(6107), 643-647 (2012). https://doi.org/10.1126/science.1228604

J. Burschka, N. Pellet, S.-J. Moon, R. Humphry-Baker, P. Gao, M.K. Nazeeruddin, and M. Grätzel, “Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells,” Nature, 499(7458), 316 319 (2013). https://doi.org/10.1038/nature12340

S. Kashyap, R. Pandey, J. Madan, and M.K.A. Mohammed, “Reliability Test of 21% Efficient Flexible Perovskite Solar Cell Under Concave, Convex and Sinusoidal Bending,” in: IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, 23(3), 380-385 (2023). https://doi.org/10.1109/TDMR.2023.3282641

S. Kashyap, et al., “Simulated bending test analysis of 23% efficient lead-free flexible perovskite solar cell with different bending states,” Phys. Scr. 98, 114001 (2023). https://doi.org/10.1088/1402-4896/acff28

Y. Takahashi, R. Obara, Z.-Z. Lin, Y. Takahashi, T. Naito, T. Inabe, S. Ishibashi, and K. Terakura, “Charge-transport in tin-iodide perovskite CH3NH3SnI3: origin of high conductivity,” Dalton Transactions, 40(20), 5563-5568 (2011). https://doi.org/10.1039/C0DT01601B

X. Zhu, B. Lv, X. Shang, J. Wang, M. Li, and X. Yu, “The immobilization effects on Pb, Cd and Cu by the inoculation of organic phosphorus-degrading bacteria (OPDB) with rapeseed dregs in acidic soil,” Geoderma, 350, 1-10 (2019). https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2019.04.015

F. Geisz, M.A. Steiner, N. Jain, K.L. Schulte, R.M. France, W.E. McMahon, E.E. Perl, et al., “Building a six-junction inverted metamorphic concentrator solar cell,” IEEE Journal of Photovoltaics, 8(2), 626 632 (2017). https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2017.2778567

J. Haruyama, K. Sodeyama, L. Han, and Y. Tateyama, “First-principles study of ion diffusion in perovskite solar cell sensitizers,” Journal of the American Chemical Society, 137(32), 10048-10051 (2015). https://doi.org/10.1021/jacs.5b03615

Z. Li, Q. Xu, Q. Sun, Z. Hou, and W.J. Yin, “Thermodynamic stability landscape of halide double perovskites via high‐throughput computing and machine learning,” Advanced Functional Materials, 29(9), 1807280 (2019). https://doi.org/10.1002/adfm.201807280

Y. Zhang, et al., “Intrinsic instability of the hybrid halide perovskite semiconductor CH3NH3PbI3,” Chinese Physics Letters, 35(3), 036104 (2018). https://doi.org/10.1088/0256-307X/35/3/036104

Wu, J.-j. Shi, M. Zhang, Y.-l. Cen, W.-h. Guo, and Y.-h. Zhu, “Promising photovoltaic and solid-state-lighting materials: two-dimensional Ruddlesden–Popper type lead-free halide double perovskites Csn+1Inn/2Sbn/2I3n+1 (n=3) and Csn+1Inn/2Sbn/2Cl3n+1/Csm+1Cum/2Bm/2Cl3m+1(n=3, m=1),” Journal of Materials Chemistry C, 6(43), 11575-11586 (2018). https://doi.org/10.1039/c8tc03926g

J. Jiang, C.K. Onwudinanti, R.A. Hatton, P.A. Bobbert, and S. Tao, “Stabilizing lead-free all-inorganic tin halide perovskites by ion exchange,” The Journal of Physical Chemistry C, 122(31), 17660-17667 (2018). https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b04013

Z. Shi, et al., “Symmetrization of the crystal lattice of MAPbI3 boosts the performance and stability of metal–perovskite photodiodes,” Advanced Materials, 29(30), 1701656 (2017). https://doi.org/10.1002/adma.201701656

M.-G. Ju, et al., “Toward eco-friendly and stable perovskite materials for photovoltaics,” Joule, 2(7), 1231-1241 (2018). https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.04.026

C.C. Stoumpos, et al., “Ruddlesden–Popper hybrid lead iodide perovskite 2D homologous semiconductors,” Chemistry of Materials, 28(8), 2852-2867 (2016). https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.6b00847

H. Chen, S. Xiang, W. Li, H. Liu, L. Zhu, and S. Yang, “Inorganic perovskite solar cells: a rapidly growing field,” Solar Rrl, 2(2), 1700188 (2018). https://doi.org/10.1002/solr.201700188

Z. Deng, F. Wei, S. Sun, G. Kieslich, A. K. Cheetham, and P. D. Bristowe, “Exploring the properties of lead-free hybrid double perovskites using a combined computational-experimental approach,” Journal of Materials Chemistry A, 4(31), 12025-12029 (2016). https://doi.org/10.1039/C6TA05817E

W. Zhou, et al., “Lead-free small-bandgap Cs2CuSbCl6 double perovskite nanocrystals,” The Journal of Physical Chemistry Letters, 11(15), 6463-6467 (2020). https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c01968

G. Yu, et al., “How the Copper Dopant Alters the Geometric and Photoelectronic Properties of the Lead‐Free Cs2AgSbCl6 Double Perovskite,” Advanced Theory and Simulations, 4(8), 2100142 (2021). https://doi.org/10.1002/adts.202100142

M.Z. Asghar, M.A. Khan, S. Niaz, N. Noor, and A. Dahshan, “Tuning of the bandgap of Rb2ScAgX6 (X= Cl, Br, I) double perovskites through halide ion replacement for solar cell applications,” Materials Science in Semiconductor Processing, 148, 106819 (2022). https://doi.org/10.1016/j.mssp.2022.106819

A. Ayyaz, G. Murtaza, A. Usman, M. Umer, M.Q. Shah, and H.S. Ali, “First principles insight on mechanical stability, optical and thermoelectric response of novel lead-free Rb2ScCuBr6 and Cs2ScCuBr6 double perovskites,” Materials Science in Semiconductor Processing, 169, 107910 (2024). https://doi.org/10.1016/j.mssp.2023.107910

QuantumATK version U-2023.09, Synopsys QuantumATK (https://www.synopsys.com/silicon/quantumatk.html).

J.P. Perdew, et al., “Atoms, molecules, solids, and surfaces: Applications of the generalized gradient approximation for exchange and correlation,” Physical review B, 46(11), 6671 (1992). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.46.6671

J.P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, “Generalized gradient approximation made simple,” Physical review letters, 77(18), 3865 (1996). https://doi.org/10.1103/physrevlett.77.3865

J. van Setten, et al., “The PseudoDojo: Training and grading a 85 element optimized norm-conserving pseudopotential table,” Computer Physics Communications, 226, 39-54 (2018). https://doi.org/10.1016/j.cpc.2018.01.012

Q. Mahmood, et al., “Tunning of band gap of double perovskites halides Rb2CuSbX6 (X= Cl, Br, I) for solar cells and energy harvesting,” Materials Science and Engineering: B, 286, 116088 (2022). https://doi.org/10.1016/j.mseb.2022.116088

T.-Y. Tang, and Y.-L. Tang, “Physical and optoelectronic properties of double halide perovskites A2CuSbX6 (A=Cs, Rb, K; X=Cl, Br, I) based on first principles calculations,” Chemical Physics, 570, 111897 (2023). https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2023.111897

M. Born, and K. Huang, Dynamical theory of crystal lattices, (Oxford university press, 1996).

K. Bougherara, S. Al-Qaisi, A. Laref, T.V. Vu, and D. Rai, “Ab initio Insight of the Electronic, Structural, Mechanical and Optical Properties of X3P2 (X= Mg, Ca) from GGA and Hybrid Functional (HSE06),” Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 35(1), 79-86 (2022). https://doi.org/10.1007/s10948-021-06009-3

K.K. Mishra, “Study on structural, mechanical, electronic, vibrational, optical and thermo-dynamical behaviour of ZB Structured BeZ (Z= S, Se and Te) using ATK-DFT,” Metallurgical and Materials Engineering, 26(3), 253-278 (2020). https://doi.org/10.1016/j.physleta.2024.129817

S. Chahar, K.K. Mishra, and R. Sharma, “Analysing the suitability of CaTiO3/Ca1–xSrxTiO3/SrTiO3 perovskite for fabrication of optoelectronic devices using QuantumATK tool: a study for electronic and optical properties,” Physica Scripta, 99(3), 035963 (2024). https://doi.org/10.1088/1402-4896/ad29cd

K.K. Mishra, S. Chahar, and R. Sharma, “An extensive investigation of structural, electronic, and optical properties of inorganic perovskite Ca3AsCl3 for photovoltaic and optoelectronic applications: A first-principles approach using Quantum ATK Tool,” Solid State Communications, 390, 115623 (2024). https://doi.org/10.1016/j.ssc.2024.115623

S. Chahar, K.K. Mishra, and R. Sharma, “Investigation of Structural, Electronic, and Optical Characteristics of a Novel Perovskite Halide, Mg3AsCl3, for Electronic Applications,” Physica status solidi (b), 2400171 (2024). https://doi.org/10.1002/pssb.202400171

S. Chahar, C. Malan, K.K. Mishra, and R. Sharma, “Optimizing novel perovskite Mg3AsBr3 through uniaxial stress: A comprehensive study of its potential in solar and optoelectronic applications,” Physica Scripta, 99, 095994 (2024): https://doi.org/10.1088/1402-4896/ad6bd1

D. Schwartz, et al., “Air Stable, High‐Efficiency, Pt‐Based Halide Perovskite Solar Cells with Long Carrier Lifetimes,” Physica status solidi (RRL)–Rapid Research Letters, 14(8), 2000182 (2020). https://doi.org/10.1002/pssr.202000182

L.K. Gautam, H. Haneef, M. Junda, D.S. John, and N. Podraza, “Approach for extracting complex dielectric function spectra in weakly-absorbing regions,” Thin Solid Films, 571, 548-553 (2014). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2014.03.020

Опубліковано
2024-12-08
Цитовано
Як цитувати
Мішра, К. К., Чахар, С., & Шарма, Р. (2024). Потенціал подвійних галогенідів перовскіту Rb2CuSbH6 (H = Cl, Br, I) для гнучкої електроніки: комплексне дослідження структурних, механічних, електричних та оптичних властивостей. Східно-європейський фізичний журнал, (4), 349-359. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-4-40
Номер
№ 4 (2024): Східно-європейський фізичний журнал
Розділ
Статті

Авторське право (c) 2024 Крішна Кумар Мішра, Соня Чахар, Раджніш Шарма

Ліцезія Creative Commons

Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

    • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).