Farklı fazlarda KSnI3 ve KSnBr3 inorganik metal halojenür perovskit malzemelerin yapısal, elektronik, mekanik ve optik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of structural, electronic, mechanical and optical properties of KSnI3 and KSnBr3 inorganic metal halide perovskite materials in different phases
- Tez No: 1005703
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HÜMEYRA ÖRÜCÜ, DOÇ. DR. MEHMET YAĞMURCUKARDEŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Energy, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İleri Malzemeler ve Teknolojileri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, ilk prensip hesaplamaları, yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) temelli çalışan VASP (Vienna Ab initio Simulation Package) paket program kullanılarak, kurşun içermeyen inorganik perovskit (KSnX3, X: Br, I) kristallerin düşük sıcaklıklarda kararlılık gösterebilen iki ortorombik (pnma-1 ve pnma-2), iki tetragonal (P4/mmm ve P4/mbm) ve bir monoklinik (P21/m) fazlarının, yapısal, elektronik, optik özellikleri, dinamik ve mekanik kararlılıkları incelenmiştir. Geometri optimizasyonu sonucunda, tüm KSnI3 fazları perovskit karakter sergilerken, KSnBr3 stokiyometrisinde sadece pnma-2 fazın perovskit karakterde olduğu sonucuna varılmıştır. KSnI3 Pnma-1, Pnma-2, P21/m ve KSnBr3 pnma-2 fazlarına ait kohezif enerjiler fonon bant dağılımları ve elastik matris elemanları, dinamik ve mekanik kararlılıklarını doğrularken, diğer fazlar dinamik olarak kararsızdır. KSnI3 pnma-1, pnma-2, P21/m fazlarının sırasıyla 1,92 eV, 1,03 eV ve 1,59 eV bant aralıkları ile tandem güneş pillerinde, KSnBr3 pnma-2 fazının ise doğrudan geçişli 1,26 eV bant aralığı ile tek eklemli güneş pillerinde potansiyel malzeme olabilecekleri öngörülmektedir. KSnI3 P21/m fazı y-polarizasyonunda, 1,88 eV' de 1,06×108cm⁻¹ absorpsiyon katsayısı ve görünür bölgede %82'ye varan yansıtma oranıyla dikkat çekicidir. KSnI3 pnma-1, pnma-2, P21/m ve KSnBr3 pnma-2 perovskit yapıların -%5 ile +%5 arasında üç tür (tek, iki ve üç eksenli) gerinim etkisinde verdiği tepkiler incelenmiştir. KSnI3 perovskit fazların gerinim etkisiyle bağ uzunluklarında ve düzlem içi Sn-I-Sn bağ açılarındaki artma/azalma ile bant aralıkları değişmiş ancak, uygulanan gerinim oranları (-%5 ile +%5) amaçlanan bant aralıklarını (1,10-1,40 eV) elde etmek için yeterli olmamıştır. KSnBr3 pnma-2 fazında, %5 oranında üç eksenli çekme gerinimi etkisiyle 1,35 eV optimum bant aralığı değeri elde edilmiştir. Uygulanan dış elektrik alan (EF) yönü ve büyüklüğü, çalışılan fazları farklı etkilemiştir. En dikkat çekici durum, z yönünde 4,0 V/Å 'luk elektrik alan etkisinin, KSnI3 P21/m fazının bant aralığını tek eklemli perovskit güneş hücreleri için optimum değere (1,40 eV) düşürmesidir. Aynı zamanda yapı kimyasal, mekanik ve dinamik kararlılığını korumuştur. Yapıların ayarlanabilir bant aralıkları ve optik özellikleri solar, kızılötesi ve optoelektronik cihazların gerinim ve elektrik alan kontrollü tasarımının mümkün olabileceğini göstermiştir. Düşük sıcaklıkta kararlılığını koruyabilen söz konusu malzemeler hem kızıl ötesi (IR) hem görünür bölge (VB) hem de ultraviyole (UV) bölgede absorpsiyon kabiliyeti göstermektedir. Başta perovskit güneş pilleri olmak üzere, uzay teknolojilerinde güç üretim cihazı olabilme potansiyellerinin yanı sıra, IR bölgedeki absorpsiyon özelliklerinden LED ve lazerler için de kullanılabilirlikleri öngörülmektedir. Yapıların yüksek yansıtma oranları, bu malzemeleri potansiyel yansıtıcı, anti-yansıtıcı veya UV koruyucu kaplama malzemesi haline de getirebilir.
Özet (Çeviri)
This study used the VASP (Vienna Ab initio Simulation Package) program to perform first-principles calculations based on density functional theory (DFT) and examined the structural, electronic, optical properties, dynamic and mechanical stabilities of orthorhombic (pnma-1 and pnma-2), tetragonal (P4/mmm and P4/mbm) and a monoclinic (P21/m) phases of non-toxic inorganic perovskite (KSnX3, X: Br, I) crystals. As a result of geometry optimization, it was concluded that while all KSnI3 phases exhibit perovskite character, only the pnma-2 phase in the KSnBr3 stoichiometry has perovskite character. The cohesive energies, phonon band dispersions and elastic matrix parameters of the KSnI3 Pnma-1, Pnma-2, P21/m, and KSnBr3 pnma-2 phases confirm their chemical, dynamic and mechanical stability, while the other phases are dynamically unstable. It is foreseed that KSnI3 pnma-1, pnma-2, P21/m phases with band gaps of 1.92, 1.03 and 1.59 eV respectively, can be potential materials in tandem solar cells, while KSnBr3 pnma-2 phase with direct transition band gap of 1.26 eV can be potential materials in single junction solar cells. The KSnI3 P21/m phase is notable for its absorption coefficient of 1.06×108cm⁻¹ at 1.88 eV in y-polarization and a reflectance ratio of up to 82% in the visible region. The responses of KSnI3 pnma-1, pnma-2, P21/m and KSnBr3 pnma-2 perovskite structures to three types of strain (uniaxial, biaxial and triaxial) between -5% and +5% were investigated. The increase/decrease in bond lengths and in-plane Sn-I-Sn bond angles of KSnI3 perovskite phases due to strain altered the band gaps; however, the applied strain rates (-5% to +5%) were insufficient to achieve the intended band gaps (1.20-1.40 eV). In the KSnBr3 pnma-2 phase, an optimum band gap value of 1.35 eV was obtained with the effect of 5% triaxial tensile strain. The direction and magnitude of the applied external electric field affected the studied structures differently. The most remarkable phenomenon is that the electric field effect of 4.0 V/Å in the z direction reduces the band gap of the KSnI3 P21/m phase to the optimum value (1.40 eV) for single-junction perovskite solar cells. Moreover, the structure has maintained its chemical, mechanical, and dynamic stability. These materials, which maintain their stability at low temperatures, exhibit absorption capabilities in the infrared, visible and ultraviolet regions. In addition to their potential as power generation devices in space technologies, particularly perovskite solar cells, their infrared absorption properties also suggest their potential for LEDs and lasers. The structures' high reflectivity could also make them potential reflective, anti-reflective or ultraviolet protective coating materials.
Benzer Tezler
- Farklı fazlarda perovskit RbNbO3 kristalinin fiziksel özelliklerinin yoğunluk fonksiyoneli teorisi ile incelenmesi
Investigation of the physical properties of perovskite RbNbO3 crystal in different phases by density functional theory
MEHMET ERZEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiYüzüncü Yıl ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HARUN AKKUŞ
- Farklı fazlarda ve sistemlerde üretilen Ni-Ti döner eğe sistemlerinin apikalden taşan debris miktarı yönünden karşılaştırılması
Başlık çevirisi yok
YASEMİN HAKSEVER
Diş Hekimliği Uzmanlık
Türkçe
2020
Diş HekimliğiAnkara ÜniversitesiEndodonti Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA GÜL ZIRAMAN
- İndüklenmiş kolesterik fazlarda aynı ve farklı iyon yükü içeren bazı geçiş metalli bileşiklerin sarmal adım uzunluğuna etkisinin incelenmesi
An investigation of the effects of some transition metal compounds having equivalent and different ionic charges on the helical distances of induced cholesteric phases
MERVE KOLBAKIR GÜL
- Ba3X2S7 (X=Zr, Hf, Ti) tipi ruddlesden-popper sülfür bileşiklerin farklı fazlarda yapısal, elektronik, mekanik ve optik özelliklerinin ab-initio yöntemiyle incelenmesi
Investigation with ab-initio method of structural, mechanical, electronic and optical properties at different phases of Ba3X2S7 (X=Zr, Hf, Ti) ruddlesden-popper sulfid compounds
NEDİM BOZDAĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Fizik ve Fizik MühendisliğiSiirt ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSNÜ KOÇ
- Farklı dozlarda kapari (Capparis ovata desf.) uygulamasının sazan (Cyprinus carpio L.,1758) balıklarında hipotalamo-hipofiz-interrenal aks aktivitesi üzerine etkisi
The effects on hypothalami̇c-pi̇tui̇tary-i̇nterrenal ACS activity of i̇mplementati̇on different doses of capers(Capparis ovata desf.) on carp fi̇sh(Cyprinus carpio L., 1758)
ALİŞAN ÖNGÜN