Розкриття переходів, зумовлених тиском у Cs₂AgBiBr₆: висновки від DFT для безсвинцевого перовскиту для сонячних елементів

  • Сангіта Гупта Кафедра хімії, Університет Пурніма, Джайпур, Раджастан, Індія https://orcid.org/0009-0009-3751-8317
  • Девідутта Маур'я Кафедра фізики, Державний коледж, Баракхал, Санткабірнагар, (UP), Індія
  • Суніл Кумар Шрівастава Кафедра прикладних наук, Джайпурський інженерний коледж та дослідницький центр, Джайпур, Раджастан, Індія
  • Умеш Кумар Парік Кафедра прикладних наук, Джайпурський інженерний коледж та дослідницький центр, Джайпур, Раджастан, Індія
  • Абхай П. Шрівастава Кафедра прикладних наук та гуманітарних наук, Гоельський інститут інженерії та технологій, Лакхнау (UP), Індія https://orcid.org/0009-0005-9648-0479
DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2026-1-43
Ключові слова: теорія функціоналу густини (DFT), подвійний перовскіт, залежні від тиску властивості, структурний фазовий перехід, оптоелектронні матеріали

Анотація

Використовуючи пакет моделювання Віденського Ab initio, ми досліджуємо безсвинцевий подвійний перовскіт Cs₂AgBiBr₆. Ми використовували теорію функціоналу густини з перших принципів за тисків до 30 ГПа. Оптимізація структури доводить очевидну кубічну симетрію в навколишньому середовищі. Однак, стиснення, здається, сприяє переходам до фаз з нижчою симетрією, і ми спостерігаємо, що об'єм та модулі Юнга збільшуються, а потім зменшується коефіцієнт Пуассона. Це означає більшу жорсткість, але знижену пластичність. Зроблено висновок, що зі збільшенням температури температура Дебая зростає, а теплове розширення зменшується. Таким чином, передбачається вища температурна стабільність. Електронна заборонена зона стає ще тоншою. Вона охоплює діапазон від 1,95 еВ до 1,12 еВ, що робить її більш-менш прямою, що може підвищити її оптоелектронну зручність використання. Вище 15 ГПа ми спостерігаємо слабкий магнітний момент, очевидно, через гібридизацію Bi-Ag, та вищу густину станів на рівні Фермі. Cs₂AgBiBr₆ поєднує ці характеристики, що робить його потенційним матеріалом для фотоелектричних систем з налаштуванням тиску та потенційно для магнітооптоелектронних застосувань.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Біографії авторів

Сангіта Гупта, Кафедра хімії, Університет Пурніма, Джайпур, Раджастан, Індія

Professor of Chemistry.

Девідутта Маур'я, Кафедра фізики, Державний коледж, Баракхал, Санткабірнагар, (UP), Індія

Professor of Physics

Суніл Кумар Шрівастава, Кафедра прикладних наук, Джайпурський інженерний коледж та дослідницький центр, Джайпур, Раджастан, Індія

Professor in applied Science

Умеш Кумар Парік, Кафедра прикладних наук, Джайпурський інженерний коледж та дослідницький центр, Джайпур, Раджастан, Індія

Professor in applied Science.

Посилання

N. Daem, A. Maho, P. Colson, G. Spronck, C. Malherbe, T.H. Hoang, M.-N. Ghazzal, et al., Effect of cations substitution in lead-free double perovskite Cs2AgBiBr6 solar cells, Next Materials, 8, 100655 (2025). https://doi.org/10.1016/j.nxmate.2025.100655

A.P. Srivastava, and B.K. Pandey, “Enhancing the optoelectronic performance of ABX3 perovskites (A=MA+/FA+, B=Pb2+, X=I−/Br−): A comprehensive first-principles investigation for next generation solar cell technology,” International Journal of Modern Physics B, 39(32), 2550292 (2025). https://doi.org/10.1142/S0217979225502923

Z. Zhang, Q. Sun, Y. Lu, F. Lu, X. Mu, S.-H. Wei, and M. Sui, “Hydrogenated Cs2AgBiBr6 for significantly improved efficiency of lead-free inorganic double perovskite solar cell,” Nat. Commun. 13, 3397 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-31016-w

T.I. Alanazi, “Design and Device Numerical Analysis of Lead-Free Cs2AgBiBr6 Double Perovskite Solar Cell,” Crystals, 13, 267 (2023). https://doi.org/10.3390/cryst13020267

J. Chen, X. Ma, L. Gong, C. Zhou, J. Chen, Y. Lu, M. Zhou, et al., “Improving the performance of lead-free Cs2AgBiBr6 double perovskite solar cells by passivating Br vacancies,” J. Mater. Chem. C, 12, 14074-14084 (2024). https://doi.org/10.1039/D4TC02339K

S.C. Yadav, J.A.K. Satrughna, and P. M. Shirage, “Investigation of the potential solar cell application of Cs2AgBiBr6 lead-free double perovskite,” Journal of Physics and Chemistry of Solids, 181, 111515 (2023). https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2023.111515

D. Maurya, B.K. Pandey, and A.P. Srivastava, “Mechanically robust and optically active Mg80Ni10Nd10 metallic glass: first-principles evidence for next-generation optical coatings,” Opt. Quant. Electron. 58, 28 (2026). https://doi.org/10.1007/s11082-025-08615-0

F. Benlakhdar, M.A. Ghebouli, M. Fatmi, B. Ghebouli, S. Alomairy, M.J.A. Abualreish, T. Althagafi, and W. Djerir, “Electronic and optical properties of lead-free K₂AgSbBr₆ double perovskite tuned by doping elements Cu⁺, Bi³⁺, and I⁻,” Sci. Rep. 15, 40362 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598-025-24417-6

A.P. Srivastava, and B.K. Pandey, “DFT-based evaluation of covalent organic frameworks for adsorption, optoelectronic, clean energy storage, and gas sensor applications,” Journal of Molecular Modeling, 31, 302 (2025). https://doi.org/10.1007/s00894-025-06535-0

S. Ullah, T. Alshahrani, F. Khan, and J.F. Rasheed, “Investigating the potential of lead-free Cs2AgBiI6 and Cs2AgBiBr6 double perovskites for photovoltaic applications,” Materials Today Communications, 38, 108514 (2024). https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.108514

P. Fan, H.-X. Peng, Z.-H. Zheng, Z.-H. Chen, S.-J. Tan, X.-Y. Chen, Y.-D. Luo, et al., “Single-Source Vapor-Deposited Cs2AgBiBr6 Thin Films for Lead-Free Perovskite Solar Cells,” Nanomaterials, 9, 1760 (2019). https://doi.org/10.3390/nano9121760

S. Choudhary, S. Tomar, D. Kumar, S. Kumar, and A.S. Verma, ЄInvestigations of Lead Free Halides in Sodium Based Double Perovskites Cs2NaBiX6(X=Cl, Br, I): an Ab Initio Study, East European Journal of Physics, (3), 74-80 (2021). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2021-3-11

K.-H. Seo, S. Biswas, J. Eun, H. Kim, and J.-H. Bae, “Numerical Study on Overcoming the Light-Harvesting Limitation of Lead-Free Cs2AgBiBr6 Double Perovskite Solar Cell Using Moth-Eye Broadband Antireflection Layer,” Nanomaterials, 13, 2991 (2023). https://doi.org/10.3390/nano13232991

H. Sabbah, Z.A. Baki, R. Mezher, and J. Arayro, “SCAPS-1D Modeling of Hydrogenated Lead-Free Cs2AgBiBr6 Double Perovskite Solar Cells with a Remarkable Efficiency of 26.3%,” Nanomaterials, 14, 48 (2024). https://doi.org/10.3390/nano14010048

N.K. Nosirova, R.K. Kamilov, M.M. Ibrohimov, L.S. Lepnev, M.O. Astafurov, A.V. Knotko, and A.V.Grigorieva, “Ampoule Synthesis of Na-Doped Complex Bromide Cs2AgBiBr6 with Double Perovskite Structure,” Materials, 18, 1197 (2025). https://doi.org/10.3390/ma18061197

P. Chen, Y. Huang, Z. Shi, X. Chen, and N. Li, “Improving the Catalytic CO2 Reduction on Cs2AgBiBr6 by Halide Defect Engineering: A DFT Study,” Materials, 14, 2469 (2021). https://doi.org/10.3390/ma14102469

M. Mehrabian, M. Taleb-Abbasi, and O. Akhavan, “Comparing the performances of Cs2TiBr6, Cs2AgBiBr6, and Cs2PtI6 halide compositions in double perovskite photovoltaic devices,” Mater Renew Sustain Energy, 14, 38 (2025). https://doi.org/10.1007/s40243-025-00311-z

A.P. Srivastava, and B.K. Pandey, “Ab initio design of Zr-based bulk metallic glass for high-strength and optical coating applications,” Opt. Quant. Electron. 57, 561 (2025). https://doi.org/10.1007/s11082-025-08467-8

W. Lan, D. Chen, Q. Guo, B. Tian, X. Xie, Y. He, W. Chai, et al., “Performance Enhancement of All-Inorganic Carbon-Based CsPbIBr2 Perovskite Solar Cells Using a Moth-Eye Anti-Reflector,” Nanomaterials, 11, 2726 (2021). https://doi.org/10.3390/nano11102726

V. Murgulov, C. Schweinle, M. Daub, H. Hillebrecht, M. Fiederle, V. Dědič, and J. Franc, “Double perovskite Cs2AgBiBr6 radiation sensor: synthesis and characterization of single crystals,” J. Mater. Sci. 57, 2758–2774 (2022). https://doi.org/10.1007/s10853-021-06847-5

J. Hafner, and G. Kresse, “The Vienna AB-Initio Simulation Program VASP: An Efficient and Versatile Tool for Studying the Structural, Dynamic, and Electronic Properties of Materials,” in: Properties of Complex Inorganic Solids, edited by A. Gonis, A. Meike, P.E.A. Turchi, (Springer, Boston, MA, 1997). https://doi.org/10.1007/978-1-4615-5943-6_10

A. Kubaib, P.M. Imran, and A.A. Basha,” Applications of the Vienna Ab initio simulation package, DFT and molecular interaction studies for investigating the electrochemical stability and solvation performance of non-aqueous NaMF6 electrolytes for sodium-ion batteries,” Computational and Theoretical Chemistry, 1217, 113934 (2022). https://doi.org/10.1016/j.comptc.2022.113934

J.P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, “Generalized Gradient Approximation Made Simple,” Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865

É. Brémond, I. Ciofini, and C. Adamo, “Gradient-regulated connection-based correction for the PBE exchange: the PBEtrans model,” Molecular Physics, 114(7–8), 1059–1065 (2016). https://doi.org/10.1080/00268976.2015.1132788

A.P. Srivastava, and B.K. Pandey, “Atomic-Level Design of Doped TiO2 for Enhanced Lithium Storage: A Density Functional Theory Approach,” J. Electrochem. Soc. 172, 113502 (2025). https://doi.org/10.1149/1945-7111/ae1be1

J. Zhang, J. Attapattu, and J.M. McMahon, “The Pseudopotential Approach within Density-Functional Theory: The Case of Atomic Metallic Hydrogen,” Condens. Matter. 5, 74 (2020). https://doi.org/10.3390/condmat5040074

E. Zafiris, and A.V. Müller, “Electron Beams on the Brillouin Zone: A Cohomological Approach via Sheaves of Fourier Algebras,” Universe, 9, 392 (2023). https://doi.org/10.3390/universe9090392

A.P. Srivastava, and B.K. Pandey, “Pressure-dependent evolution of Bi2Sr2CaCu2O8+δ: DFT insights for high-pressure superconducting applications,” Solid State Communications, 404, 116112 (2025). https://doi.org/10.1016/j.ssc.2025.116112

Z.M. Salikhodzha, G.B. Bairbayeva, R.N. Kassymkhanova, M. Konuhova, K.B. Zhangylyssov, E. Popova, and A.I. Popov, “Density Functional Theory Study of Pressure-Dependent Structural and Electronic Properties of Cubic Zirconium Dioxide,” Ceramics, 8, 41 (2025). https://doi.org/10.3390/ceramics8020041

C.S. Man, and M. Huang, “A Simple Explicit Formula for the Voigt-Reuss-Hill Average of Elastic Polycrystals with Arbitrary Crystal and Texture Symmetries,” J. Elast. 105, 29–48 (2011). https://doi.org/10.1007/s10659-011-9312-y

A.P. Srivastava, and B.K. Pandey, “Analysis of the Structural and Electronic Properties of TiO2 Under Pressure Using Density Functional Theory and Equation of State,” Computational Condensed Matter, e01076 (2025). https://doi.org/10.1016/j.cocom.2025.e01076

T.G. Edossa, “Density functional theory study of mechanical, thermal, and thermodynamic properties of zinc-blende CdS and CdSe,” Sci. Rep. 15, 39135 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598-025-26168-w

A.P. Srivastava, and B.K. Pandey, “First-principles and equation of state investigation of pressure-tunable structural, mechanical, thermodynamic, and electronic properties of high-reflecting nano-metal oxides: insights into high-performance optoelectronic and energy applications,” Appl Nanosci, 15, 47 (2025). https://doi.org/10.1007/s13204-025-03124-8

A.G. Starikov, M.G. Chegerev, and A.A. Starikova, “A DFT study of electronic structure, magnetic properties and cyclization reaction of [5] helicene derivatives,” Computational and Theoretical Chemistry, 1230, 114369 (2023). https://doi.org/10.1016/j.comptc.2023.114369

M. Adnan, Q. Wang, N. Sohu, S. Du, H. He, Z. Peng, Z. Liu, et al., “DFT Investigation of the Structural, Electronic, and Optical Properties of AsTi (Bi)-Phase ZnO under Pressure for Optoelectronic Applications,” Materials, 16, 6981 (2023). https://doi.org/10.3390/ma16216981

A.P. Srivastava, B.K. Pandey, and A. Shanker, P”ressure-Dependent Structural, Mechanical, and Thermal Behavior of Zr₅₀.₅Ti₄.₈Cu₁₉.₀Ni₁₁.₄Al₁₄.₃ Bulk Metallic Glass: A DFT and Equation of State Study,” Physical Chemistry Research, 14, e234974 (2025). https://doi.org/10.22036/pcr.2025.552725.2766

T.Y. Ahmed, S.B. Aziz, and E.M.A. Dannoun, “New photocatalytic materials based on alumina with reduced band gap: A DFT approach to study the band structure and optical properties,” Heliyon, 10(5), ne27029 (2024). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e27029

Опубліковано
2026-03-14
Цитовано
Як цитувати
Гупта, С., Маур’я, Д., Шрівастава, С. К., Парік, У. К., & Шрівастава, А. П. (2026). Розкриття переходів, зумовлених тиском у Cs₂AgBiBr₆: висновки від DFT для безсвинцевого перовскиту для сонячних елементів. Східно-європейський фізичний журнал, (1), 363-372. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2026-1-43
Номер
№ 1 (2026): Східно-європейський фізичний журнал
Розділ
Статті

Авторське право (c) 2026 Сангіта Гупта, Девідутта Маур'я, Суніл Кумар Шрівастава, Умеш Кумар Парік, Абхай П. Шрівастава

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).