Estudo das propriedades estruturais, eletrônicas, excitônicas e ópticas de materiais bidimensionais baseados em MXenes para aplicações fotovoltaicas
MXenes, materiais 2D, DFT, propriedades optoelectrônicas, efeitos excitônicos, PCE.
Os MXenes têm merecido uma atenção significativa na nanoelectrónica devido às suas propriedades electrónicas sintonizáveis, o que os torna potenciais candidatos para aplicações de energia solar de alta eficiência. Neste trabalho, investigamos as propriedades estruturais, electrônicas, ópticas e excitônicas de monocamadas 2D M2CT2 (M = Y, Sc; T = O, F, S, Cl, Se, Br, Te, I, H, OH) de MXene utilizando um protocolo computacional que combina métodos de primeiros princípios e semi-empíricos. Avaliamos sistematicamente a estabilidade estrutural e as propriedades electrônicas de 22 monocamadas. A análise de dispersão de fônons revelou que dez sistemas são estáveis, cinco são metaestáveis e sete são instáveis. Entre as monocamadas estáveis e metaestáveis, identificamos vários semicondutores Y2CCl2, Y2CBr2, Y2CH2, Y2CI2, Sc2CCl2, Sc2CBr2, Sc2CF2, e Sc2CH2 com band gaps indirectos que variam entre 1,24-1,90 eV usando Heyd-Scuseria-Ernzerhof (HSE06). Os efeitos excitônicos induzidos pelo confinamento quântico contribuem para energias de ligação de éxcitons de 210-470 meV, consistentes com materiais 2D típicos. Além disso, algumas monocamadas demonstram potencial para aplicações de captação de energia solar, com eficiência de conversão de energia prevista próxima de 30 % sob absorção total de fótons.