Formation in alkali metal doped hybrid perovskites

Abstract

Bu tez, Sezyum, Rubidyum ve Potasyum iyonları ile katkılanmış formamidinyum kurşun triiyodür perovskitlerinin oluşumunu incelemektedir. Ana amaç, bu katkı maddelerinin yapısal ve elektronik özellikler üzerindeki etkilerini anlamak ve en kararlı yapılandırmaları belirlemektir. Bu çalışmada Perdew-Burke-Ernzerhof ve Vydrov–Van Voorhis 10 fonksiyonelleri kullanılarak yoğunluk fonksiyonel teorisi hesaplamaları yapılmıştır. Çalışma, çeşitli kafes noktalarında (formamidinyum, Kurşun ve ara pozisyonlar) Sezyum, Rubidyum ve Potasyum iyonlarının eklenmesiyle yapılmıştır. Bu katkılı yapıların oluşum enerjileri hesaplanarak kararlılıkları değerlendirilmiştir. Sonuçlar, Sezyum, Rubidyum ve Potasyum katkısının kafeste minimal bozulmalara neden olduğunu ve bu bozulmaların yapısal bütünlük ile elektronik özellikleri etkilediğini göstermektedir. Sezyum ikamesi, en az bozulma ve en uygun oluşum enerjisi ile orijinal yapıya en yakın yapı olarak bulunmuştur. Değerlik bandı maksimumu, alkali metallerin İyot yerine geçtiğinde p-tipi doping ve Kurşun yerine geçtiğinde n-tipi doping olduğunu göstermiştir. Bant yapısı analizi, saf formamidinyum kurşun triiyodür ve Sezyum ikamesinin benzer iletim bandı minimumu ve değerlik bandı maksimumuna sahip olduğunu göstermiştir. Bu bulgular, dopant seçiminin ve spesifik kafes noktasının formamidinyum kurşun triiyodür perovskitlerinin optoelektronik uygulamalardaki performansını önemli ölçüde etkilediğini göstermektedir. Bu çalışma, alkali metal katkısının yapısal ve elektronik özellikler üzerindeki etkilerini analiz ederek, perovskit bazlı optoelektronik cihazların optimizasyonuna katkı sağlamaktadır.

This thesis investigates the formation of formamidinium lead triiodide perovskites doped with Cesium, Rubidium, and Potassium ions. The main aim is to understand the effects of these dopants on the structural and electronic properties and to identify the most stable configurations. Density functional theory calculations were performed using the Perdew-Burke-Ernzerhof and Vydrov-Van Voorhis 10 functionals. The study involved the addition of Cesium, Rubidium, and Potassium ions at various lattice sites (formamidinium, Lead, and interstitial positions). The formation energies of these doped structures were calculated to assess their stability. The results show that doping with Cesium, Rubidium, and Potassium causes minimal but distinct distortions in the lattice, affecting both structural integrity and electronic properties. Cesium substitution was found to be the closest to the pristine structure with the least distortion and most favorable formation energy. Valence band maximum analysis indicated p-type doping when alkali metals replaced iodine and n-type doping when they replaced lead. Band structure analysis showed that pristine formamidinium lead triiodide and Cesium substitution had similar conduction band minimum and valence band maximum. These findings indicate that the choice of dopant and its specific lattice site significantly influence the performance of formamidinium lead triiodide perovskites in optoelectronic applications. This study contributes to the optimization of perovskite-based optoelectronic devices by analyzing the effects of alkali metal doping on structural and electronic properties.