نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
پژوهشکده فیزیک و شتابگرها، پژوهشگاه علوم فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی، صندوق پستی: 8486-11365، تهران- ایران
چکیده
نانو کریستال 3CsSnBr نسبت به سایر پروسکایت‌های فاقد سرب به دلیل سنتز راحت و ارزان، عملکرد طولانی مدت و پایداری بهتری که از خود نشان می‌دهد یک گزینه مناسب برای استفاده در آشکارسازهای نوری جفت‌شده می‌باشد. در این پژوهش با استفاده از تئوری تابعی چگالی در گام اول خواص الاستیکی و الکترونی 3CsSnBr به دست آورده شد. در نهایت با استفاده از کمیت‌های محاسبه شده، حاصل‌ضرب تحرک‌پذیری و زمان واهلش µτ برای هر دو حامل الکترون و حفره محاسبه گردید. بنابر نتایج به دست آمده، هر دو حامل دارای حاصل‌ضرب µτ از مرتبه (V/2cm) 3-10 می‌باشند. که دلیل اصلی چنین ترابرد بزرگی را می‌توان به کوچک بودن جرم مؤثر حاملان بار نسبت داد. در حالی است که این حاصل‌ضرب برای آشکارسازهای تجاری از قبیل CdTe و CZT برای الکترون از مرتبه 2-10-3-10 و برای حفره از مرتبه
4-10-5-10 گزارش شده است. بنابراین به دلیل یکسان بودن حاصل‌ضرب µτ در کریستال 3CsSnBr، پالس نهایی حاصل از جمع‌آوری هر دو حامل بار خواهد بود. در نتیجه ساختار 3CsSnBr پتانسیل بهتری برای استفاده در آشکارسازهای پرتو ایکس و گاما از خود می‌تواند نشان دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
A study of electronic and transport properties of CsSnBr3: a first principle study
نویسندگان [English]
- S. Nazari
- ِY. Taghipour Azar
- Z. Riazi
- N. Babaei Bidmeshki
Physics and Accelerators Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O.Box:11365-8486, Tehran-Iran
چکیده [English]
CsSnBr3 nanocrystals are better than other lead-free perovskites because of their ease and low-cost synthesis, long-term function, and good stability. It is a suitable selection for use in tandem photodetectors. In this study, using the density functional theory, in the first stage, the elastic and electronic properties were calculated. Next, using the calculated quantities, the product of mobility-lifetime (µτ) of the charge carriers of CsSnBr3 was calculated. According to the results obtained, both of the electron and the hole have the lifetime-mobility product of an order 10-3 (V / cm2). The main reason for this can be attributed to the small effective mass of the charge carriers. However, this product has been reported for commercial detectors such as CdTe and CZT for electrons was of an order 10-3-10-2 and for holes in of an order 10-4-10-5. Therefore, due to the same of the product µτ in the CsSnBr3 crystal, the final pulse will be the sum of both charge carriers. As a result, the CsSnBr3 structure can show better potential for use in X-ray and gamma detectors.
کلیدواژه‌ها [English]
- Perovskite
- Elastic constant
- Effective mass
- Deformation potential
- Mobility-lifetime product
- F.S. Galasso, Structure, Properties and Preparation of Perovskite-Type Compounds, (Pergamon, New York, (1969).
- R.J.D. Tilley, Perovskites structure-property relationships, (John Wiley & Sons, 2016).
- Y.T. Feng, R. Zheng, Recent advances in radiation detection technologies enabled by metal-halide perovskites, Materials Advances (2021).
- L. Binghan, et al, All‐Inorganic Perovskite CsSnBr3 as a Thermally Stable, Free‐Carrier Semiconductor, Angew. Chem. Int. Ed, 57 (40), 13154 (2018).
- P.W.O. Nyawere, N.W. Makau, G.O. Amolo, First-principles calculations of the elastic constants of the cubic, orthorhombic and hexagonal phases of BaF2, Physica B: Condens. Matter, 434, 122 (2014).
- https://dalcorso.github.io/thermo_pw.
- M.I. Kholil, et al, Influence of molybdenum and technetium doping on visible light absorption, optical and electronic properties of lead-free perovskite CsSnBr3 for optoelectronic applications, RSC Adv, 11(4), 2405 (2021).
- J. Bardeen, W. Shockley, Deformation potentials and mobilities in non-polar crystal, s, Phys. Rev., 80(1), 72 (1950).
- E. Kaxiras, Atomic and electronic structure of solids, (Cambridge University Press, Cambridge, 2003).
- X. Guangbiao, et al, Structural and Optoelectronic Properties of Two-Dimensional Ruddlesden – Popper Hybrid Perovskite CsSnBr3, Nanomaterials, 11(8), 2119 (2021).
- L.Y. Huang, W.R. Lambrecht, Electronic band structure, phonons, and exciton binding energies of halide perovskites CsSnCl 3, CsSnBr 3, and CsSnI 3, Phys. Rev, B 88(16), 165203 (2013).
- D.S. Sordo, et al, Progress in the development of CdTe and CdZnTe semiconductor radiation detectors for astrophysical and medical applications, Sensors, 9(5), 3491-3526 (2009).
- T.E. Schlesinger, et al, Cadmium zinc telluride and its use as a nuclear radiation detector material, Materials Science and Engineering: R: Reports, 32(4-5), 103-189 (2001).
- S. Gupta, et al, CsSnBr3, a lead-free halide perovskite for long-term solar cell application: insights on SnF2 addition, ACS Energy Letters, 1(5), 1028-1033 (2016).
)