Estudos em escala atômica sobre as propriedades físico-químicas da passivação de cátions metálicos e orgânicos em filmes finos de perovskita bidimensionais

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Ribeiro, Israel Cristian da Cunha
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: alkali metals; cátion orgânico; DFT; filmes finos; metais alcalinos; metais de transição; organic cations; passivação; passivation; perovskitas; perovskites; superfície; surface; thin films; transition metals
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-24112025-180422/

Materiais à base de perovskitas surgiram rapidamente como materiais promissores para dispositivos optoeletrônicos de alto desempenho. No entanto, sua aplicação em larga escala ainda é limitada por defeitos de superfície que favorecem a recombinação não radiativa e comprometem a estabilidade operacional a longo prazo. Nesse contexto, a passivação de superfície tornou-se uma estratégia essencial para mitigar essas limitações. Esta tese de doutorado, apresentada como uma coletânea de quatro artigos científicos, oferece uma investigação teórica de como diferentes abordagens de passivação impactam as propriedades de perovskitas. O Capítulo 2 explora a adsorção de cátions alcalinos em superfícies de perovskitas. Tendências periódicas como raio iônico afetam as propriedades estruturais e eletrônicas. Cátions menores aumentam a distorção octaédrica e a largura de banda proibida. O Capítulo 3 examina interações com metais de transição (TM) via adsorção superficial e substituição subsuperficial. A adsorção é energeticamente favorecida, com fortes ligações TM - I estabilizando os sistemas dopados. A presença de TM melhora a estabilidade da superfície e reduz barreiras de extração de elétrons, especialmente para Cu em filmes de MAI. SEM/EDS mostram Ni como o mais uniformemente distribuído, em linha com as tendências energéticas. O Capítulo 4 investiga a passivação por monocátions orgânicos como espaçadores P-cation em perovskitas 2D. A ligação envolve transferência de carga de - NH3 para o slab, com acúmulo de carga em haletos por interações de BrønstedLowry. Grupos oxigenados formam ligações adicionais de H, aumentando a localização de carga entre as camadas. O Capítulo 5 analisa os efeitos da espessura em slabs de perovskitas. Slabs mais espessos aumentam a transferência de carga e o acoplamento orgânico-inorgânico. Energias exotérmicas indicam estabilização por forças de van der Waals e ligações de hidrogênio. Octaedros PbI6 controlam a resposta óptica; filmes mais espessos apresentam maior absorção. A função trabalho diminui com a espessura devido ao confinamento quântico reduzido, com moléculas de FPEA causando desvios. O alinhamento de bandas revela efeitos de spin-órbita no CBM, ligados à transferência de carga FPEAhaleto. Esta tese mostra como a passivação metálica e orgânica, aliada ao controle geométrico, melhora o desempenho e a estabilidade das perovskitas.