در این مقاله خواص الکترونیکی و نوری پروسکایتهای آلی، در فاز مکعبی، برای ساختارهای متیل آمونیوم و فورمامیدینیوم سرب یدید، برومید و کلرید براساس نظریه تابعی چگال و با استفاده از نرم افزار quantum espresso و با انرزی جنبشی قطع 408 الکترون ولت و شبه پتانسیل هایی با تابع PBE و تقریب GGA مورد استفاده قرار گرفته است. در این راستا، ثابت شبکه، ساختار الکترونیکی، طیف جذبی، رسانندگی اپتیکی، ضریب شکست، ضریب بازتاب، طیف انرژی از دست رفته الکترونی، ثابت دی الکتریک استاتیکی، تابع دی الکتریک با فرکانس بی نهایت و چگالی الکترونی، برای مواد ذکر شده با در نظر گرفتن تزویج اسپین مدار محاسبه شده اند. همچنین با بررسی چگالی حالات جزئی(PDOS) مشاهده کردیم که ویژگی های الکترونی همه نمونه ها وابسته به اوربیتال های 6P اتم سرب و به ترتیب 3P, 4P, 5P ید و بروم و کلر است. محاسبات انجام گرفته برای تابع دی الکتریک نیز نشان داد که ثابت استاتیک و فرکانس بی نهایت دی الکتریک با تغییر هالید ها از ید به بروم و کلر کاهش می یابد. تمامی داده های بدست امده در توافق بسیار خوبی با داده های تجربی منتشر شده اخیر هستند.

در سال های اخیر، سلول های خورشیدی پروسکایتی، گسترش سریع و بی نظیری را پشت سر گذاشته اند . از بین سلولهای خورشیدی پروسکایتی، سلول های خورشیدی پروسکایتی هالید فلزی به عنوان یکی از نوآوری های اخیر در حوزه انرژی تجدیدپذیر شناخته می شوند. این سلول ها به دلیل کارایی بالا، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. یکی از مزایای اصلی این سلول ها، سهولت در تولید و امکان بهینه سازی خواص الکترونیکی آن هاست. همچنین، توانایی آن ها در جذب نور در طول موج های مختلف، می تواند به افزایش کارایی تبدیل انرژی منجر شود. با این حال، چالش هایی نظیر پایداری و عدم عمر طولانی مدت همچنان وجود دارد که نیاز به تحقیقات بیشتری دارد. از آنجا که بازده سلول های خورشیدی پروسکایتی هالید فلزی با تغییر در شکاف نواری و ابعاد ساختار می تواند به طور قابل توجهی افزایش یابد، در این مقاله، با تغییر در ابعاد پروسکایت هالید فلز که در ساختار تمامی آنها سرب و ید وجود دارد، شکاف نواری را با استفاده از بسته نرم افزاری کوانتوم اسپرسو محاسبه و کاربرد هریک از پروسکایتها را در چهاربعد ( صفر،یک، دو و سه) بررسی کرده و به چالش ها و جهت گیری های توسعه آتی مواد پروسکایتی با ابعاد مختلف در زمینه اپتوالکترونیک پرداخته ایم.

ﺩﺭ کار حاضر، با استفاده از محاسبات ابتدابه ساکن، پروسکایت های دوگانه هالیدی دارای تهی جای منظم Cs2TiX6 (X = Cl, Br and I) را شبیه سازی کرده ایم. خواص ساختاری و الکترونی این پروسکایت های بر پایه Ti ، پایداری بالا و گاف نواری مناسبی برای آنها نشان می دهد. گاف نواری مستقیمی که محاسبات پیش بینی می کند، با افزایش شعاع اتمی هالید کاهش می یابد و توافق نسبتاً خوبی با مقادیر نظری و تجربی گزارش شده دارد. همچنین با محاسبه طیف جذب، تعدادی از ویژگی های اپتیکی این مواد موردمطالعه قرار گرفته است که جذب اپتیکی عالی این ترکیبات، به ویژه پروسکایت یدید، را نشان می دهد. این خواص باعث می شود که این دسته پروسکایت های هالیدی نامزد مناسبی برای کاربردهای فتوولتائیکی باشند

مواد پروسکایت هالید سرب شبه دوبعدی نسبت به پروسکایت های سه بعدی پایداری بهتر و بازده بالایی در آشکارسازی پرتوهای ایکس و گاما دارند و لذا کاندید مناسبی جهت استفاده در آشکارسازهای سوسوزن می باشند. در این پژوهش، ابتدا دلیل پایداری ساختار شبه دوبعدی نسبت به همتای سه بعدیش یعنی  با استفاده از نظریه تابعی چگالی و محاسبات اصول اولیه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد انتقال بار از اتم های هیدروژن متصل به اتم نیتروژن در مولکول آلی و اتم های ید نزدیک به مولکول آلی، و نیز تغییر توزیع بار در ساختار پروسکایت دوبعدی منجر به پایداری بیش تر این ساختارها نسبت به ساختارهای حجمی  می شود. در گام دوم محاسبات، خواص مکانیکی مورد بررسی قرار گرفت. ساختار شبه دوبعدی با وجود پایداری بالا، به دلیل حضور مولکول های آلی بزرگ، دارای خواص مکانیکی ضعیف تری نسبت به همتای سه بعدیش یعنی  بوده و به عبارتی، ساختار شبه دوبعدی تحمل کم تری در برابر فشارهای خارجی از خود نشان داد. بنابر نتایج حاصل از این پژوهش، استفاده از ساختار شبه دوبعدی به عنوان آشکارساز سوسوزن در محیط های سخت، می تواند ناکارآمدتر از ساختار همتای سه بعدی باشد.

در سال های اخیر، با هدف جایگزینی انتقال دهنده حفره اسپایرامتاد، تلاش های فراوانی در زمینه سنتز مواد انتقال حفره جدید از(HTMs) برای سلول خورشیدی پروسکایت (PSC) انجام شده است. با این حال، برای بهبود هدایت و تحرک پذیری این مواد، بیشتر از افزودنی های شیمیایی استفاده می شود که علاوه بر افزایش هزینه، مخرب بوده و به دلیل جاذب رطوبت بودن سرعت تخریب کریستال های پروسکایت را افزایش میدهند و باعث کاهش پایداری و بازدهای سلول های خورشیدی در درازمدت می شوند، در نتیجه با توجه به اهمیت سنتز مواد انتقال حفره(HTMs) بدون افزودنی، مولکولهای کوچک آلی 2 و 6 با استفاده از مواد اولیه مقرون به صرفه، به منظور بهبود مسیر سنتز، حلالیت و ایجاد مورفولوژی بهتر بر روی سطح پروسکایت نسبت به اسپایرواُمتاد سنتز، و با استفاده از روش الکتروشیمیایی، طیف جذب و نشر و طیف سنجی NMR، خواص شیمیایی، خلوص و شناسایی آن تایید گردید؛ علاوه بر این، پایداری حرارتی و استحکام HTMs جدید توسط DSC و TGA اندازه گیری شد. مولکولهای مورد استفاده به دلیل وجود سیستم π از نوع دهنده-گیرنده، تحرک انتقال بار را افزایش داده و استفاده از افزودنی های شیمیایی را کاهش میدهند. در ادامه سلول خورشیدی حاصل ازHTMs 2 و 6 با آنالیزهای فوتوولتاییک مشخصه یابی شد، نتایج نشان می دهد که سلول حاوی لایه منتقل کننده حفره 6 دارای عملکرد تقریبا مشابه به شاهد انتقالدهندهی حفره اسپایرواُمتاد در شرایط بدون افزودنی میباشد که در آن شدت جریان mA/cm2 68/14، ولتاژ مدار باز برابر با 82/0 ولت، فاکتور پرشدگی برابر با 65/0 و بازدهی توان تبدیل 88/7% نشان داده شده است.

در این تحقیق، کاتیون ترکیبی روبیدیم-سزیم (2(RbCsI به محلول اصلی پروسکایت با ساختارMA0. 17FA0. 83Pb(I0. 83Br0. 17)3 تزریق گردید. در ساختار اصلی این سلول، هم کاتیون های MA و FA و هم آنیون های برم (Br) و ید (I) که هالید ساختار هستند، وجود دارند. نسبت روبیدیم و سزیم برابر هم انتخاب شد و نسبت محلول یدید روبیدیم-سزیم برابر 5 % کل محلول اصلی پروسکایت در نظر گرفته شد. برای مقایسه سلولی دیگر به عنوان سلول شاهد ساخته شد که در آن فقط کاتیون سزیم (CsI) به محلول اصلی پروسکایت با ساختار فوق الذکر تزریق شد. در ادامه سلول حاوی کاتیون روبیدیم-سزیم با سلول شاهد با توجه به نتایج تست های I-V، XRD و SEM مقایسه و بررسی گردید. نتایج نشان دادند که بازده سلول حاوی کاتیون روبیدیم-سزیم4/0 درصد بیشتر از بازده سلول شاهد می باشند. علاوه براین پیک های پروسکایت در سلول حاوی کاتیون روبیدیم-سزیم شدت بیشتری نسبت به سلول شاهد دارد که نشان دهنده بلورینگی و خلوص بیشتر پروسکایت حاوی کاتیون روبیدیم-سزیم است. همچنین تصاویر SEM نشان میدهند که حفره ها در پروسکایت حاوی کاتیون روبیدیم-سزیم کمتر از سلول شاهد می باشد. بنابراین سلول خورشیدی پروسکایتی حاوی کاتیون روبیدیم-سزیم نسبت به سلول شاهد بهبود یافته است.

در کار حاضر ویژگی های ساختاری، الکترونی و اپتیکی پروسکایت های دوگانه بدون سرب با فرمول کلی (X=Br or Cl) Cs2AgBiX6 در چارچوب نظریه تابعی چگالی (DFT) و با استفاده از تقریب های چگالی موضعی (LDA) و شیب تعمیم یافته (GGA) توسط بسته محاسباتی ابینیت بررسی شده است. این ترکیب ها با پایداری مناسب و عدم سمیت جایگزین خوبی برای پروسکایت های هالید سربی هستند. برانگیختگی های نوری پروسکایت های دوگانه به دلیل گاف نواری بهینه در محدوده نور مرئی و انرژی پیوند اکسیتونی کم، اهمیت دارد. ویژگی های اپتیکی شامل: ضرایب جذب، شکست، خاموشی و بازتاب و تابع اتلاف با استفاده از رهیافت های تقریب فاز تصادفی در کوهن-شم (RPA-KS) و گرین (RPA-GW) به دست آمده اند. نتایج در رهیافت تابع گرین در مقایسه با رهیافت کوهن-شم، تطابق بهتری با نتایج کارهای تجربی دارد. در ناحیه طیف نور مرئی، پلاسمون های حجمی وجود ندارند و میزان اتلاف انرژی کم است.

دسترسی به تکنیک های ارزان و مناسب در مقیاس بزرگ برای ساخت سلول های خورشیدی پروسکایت مسطح کارآمد بسیار مهم است. امروزه، در فرآیند آزمایشگاهی پوشش چرخشی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد، ساخت مقیاس بزرگ لایه های پروسکایت ترکیبی با چالش هایی مواجه است. در این مقاله، لایه های پروسکایت سه کاتیونه همراه با فرمامیدینیوم (FA) با استفاده از رسوب الکتروشیمیایی (ELD) به عنوان یک رویکرد جدید و مقیاس پذیر، سنتز شده اند، سپس نتیجه با فرآیند پوشش چرخشی مبتنی بر ضدحلال (SCA) مقایسه شد. در مقایسه با پروسکایت SCA، نتایج جریان-ولتاژ افزایش قابل توجهی در ضریب پرشدگی (FF) را نشان می دهد که از ٪97/53 به ٪60.79 به دلیل مسیرهای کاهش بازترکیب بدون قربانی کردن ولتاژ مدار باز (VOC) و جریان اتصال کوتاه (JSC) افزایش یافته است.

پروسکایت های بدون سرب بر پایه بیسموت به عنوان یک جایگزین امیدوارکننده برای پروسکایت­های هالید سرب، که سمی بودن و ناپایداری آن ها یک چالش بزرگ برای تجاری سازی آن هاست، در نظر گرفته شده اند. با این حال، پروسکایت های بدون سرب به دلیل گاف انرژی بزرگ و کیفیت نامطلوب لایه نشانی، همچنان دارای مشکل بازده کم هستند. در این پژوهش، پروسکایت دوکاتیونی Cs2AgBiI6 با پایداری به نسبت خوب با یک فرآیند تقطیر ساده با موفقیت سنتز شده و سپس به روش تبخیر گرمایی بر بستر متخلخل TiO2 لایه نشانی گردید. اثر بازپخت و همچنین اثر ضخامت لایه پروسکایت تشکیل شده، به عنوان لایه جاذب در سلول خورشیدی پروسکایتی، بر ویژگی های نوری و الکتریکی آن بررسی شد. گاف انرژی مستقیم Cs2AgBiI6 در اثر بازپخت در دمای oC250 برابر eV 92/1 شد و گستره جذب گسترده ای تا حدود nm 650 نشان داده شد. منحنی های مشخصه چگالی جریان-ولتاژ و طیف نورتابی سلول های خورشیدی متخلخل ساخته شده با لایه جاذب پروسکایتی Cs2AgBiI6 نشان می دهند که با دمای بازپخت °C250 و ضخامت nm 400 بازده سلول به مقدار بهینه 9/0% می رسد. این شرایط بهینه آشکارا با مشخصه های انتقال بار و پایداری نمونه ها نیز همخوانی دارد.