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Tipo do documento: Dissertação
Título: Recuperando o uso da aproximação de massa efetiva em perovskitas híbridas de baixa dimensionalidade por meio da aproximação de bandas não parabólicas
Autor: MACHADO, Gabriel Marinho 
Primeiro orientador: BEZERRA, Aníbal Tiago
Primeiro membro da banca: DIAS, Mariama Rebello de Sousa
Segundo membro da banca: MAIALLE, Marcelo Zoega
Terceiro membro da banca: NEVES, Pérson Pereira
Resumo: A utilização comercial de células solares baseadas em perovskitas híbridas está cada vez mais próxima da realidade. O rápido crescimento da eficiência de conversão fotovoltaica destas células, adicionalmente à facilidade e baixo custo de síntese, mostra as perovskitas híbridas como materiais bastante promissores na área de dispositivos optoeletrônicos. Contudo, esse tipo de material apresenta desafios, principalmente no que tange sua estabilidade estrutural. Por sua vez, as Perovskitas Ruddlesden–Popper (PRP), as quais possuem cadeias orgânicas que confinam as camadas de perovkitas híbridas, têm proporcionado uma maior estabilidade estrutural em relação às estruturas convencionais. Devido à sua arquitetura em camadas, as PRP apresentam confinamento quântico bidimensional para os portadores de carga, podendo ser estudadas através da física de poços quânticos unidimensionais. Logo, podemos analisar esses sistemas heteroestruturados de baixa dimensionalidade por meio de aproximações tais como a de massa efetiva e de função envelope. Possibilitando, dessa forma, o entendimento das propriedades físicas das Perovskitas Ruddlesden–Popper à partir da resolução da equação de Schrödinger unidimensional para um elétron em um sistema cristalino. Contudo, a utilização dessas aproximações tradicionais de semicondutores, não se enquadra perfeitamente às perovskitas, principalmente a aproximação de massa efetiva, levando à resultados espúrios. A fim de contornar essas dificuldades e ainda assim utilizar tal aproximação, propusemos que o efeito da não parabolicidade na relação de dispersão desses materiais deve ser levado em consideração. Com esse propósito, a solução da equação de Schrödinger foi feita numericamente, utilizando a abordagem de matrizes de diferenciação para bandas não-parabólicas. Como resultado, mostramos ser possível o emprego do modelo de massa efetiva também para as perovskitas Ruddlesden–Popper, reobtendo suas propriedades de transição ótica, em grande acordo com resultados experimentais. Para tanto, o emprego da aproximação de bandas não-parabólicas possui um papel fundamental e deve ser levado em consideração. Além disso, mostramos que a energia da ligação excitônica dá significado à aproximação de não-parabolidade. Acreditamos que os resultados obtidos possam facilitar consideravelmente o estudo da física desse tipo de sistema contendo poços quânticos, uma vez que na aproximação de massa efetiva, as propriedades eletrônicas podem ser obtidas a partir das propriedades de um elétron unidimensional sujeito ao potencial da heteroestutura.
Abstract: Commercial use of hybrid perovskite-based solar cells is almost achieving reality. Photovoltaic conversion efficiency has quickly grown, mainly to its ease synthesis and low costs. This way, hybrid perovskite structures have been shown as promising materials to be used as optoelectronics devices. Nevertheless, they still present challenges to be overcome, mainly associated with its poor structural stability. On the other hand, the Ruddlesden-Popper perovskites present organic chains restraining the hybrid perovskite layers, achieving better structural stability regarding to traditional materials. Due to its layered structure, RPPs show two-dimensional confinement to charge carriers, and can be studied applying quantum wells physics. Hence, one can analyze such heterostructured systems through effective mass and envelope function approximations. Such an approach enables understanding of Ruddlesden–Popper Perovskites properties with solving one-dimensional single electron Schrödinger equation. However, the mentioned approximations return spurious results when applied to perovskites structures, mainly the effective mass one. To get around that issue, and keep using the approximations, one proposed that the perovskite non-parabolic dispersion relation has significant effects and should take into account. Therefore, the Schrödinger equation for non-parabolic bands was numerically solved using the differentiation matrix approach. As a result, one determined that applying the effective mass approximation was possible even to RPP, recovering optical transition properties in agreement with the experimental results. The non-parabolic bands were shown to have a fundamental role and should to take into account. Besides, one showed that exciton binding energies within the quantum well complement the non-parabolicity approximation. Since effective mass approximation allows collecting electronic properties of the complete system within the properties of a single electron subject to heterostructure potential, one believes the obtained results could considerably promote the knowledge of the physical properties of two-dimensional RPPs, and other kinds of low-dimensional perovskites devices.
Palavras-chave: Física
Ciência dos Materiais
Área(s) do CNPq: FISICA DA MATERIA CONDENSADA::ESTADOS ELETRONICOS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal de Alfenas
Sigla da instituição: UNIFAL-MG
Departamento: Instituto de Ciências Exatas
Programa: Programa de Pós-graduação em Física
Citação: MACHADO, Gabriel Marinho. Recuperando o uso da aproximação de massa efetiva em perovskitas híbridas de baixa dimensionalidade por meio da aproximação de bandas não parabólicas. 2019. 64 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Universidade Federal de Alfenas, Alfenas, MG, 2019.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/1492
Data de defesa: 30-Jul-2019
Aparece nas coleções:Mestrado

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