Universidade Hanbat da Coreia desenvolve modelo de design para camadas espaçadoras em perovskitas bidimensionais

De acordo com pt.wedoany.com-Pesquisadores da Universidade Hanbat (Hanbat National University), na Coreia do Sul, desenvolveram um modelo que permite projetar de forma mais sistemática as camadas espaçadoras orgânicas em materiais de perovskita bidimensional, o que pode acelerar o desenvolvimento desses materiais em dispositivos optoeletrônicos, como células solares e LEDs.

As perovskitas bidimensionais são consideradas materiais candidatos para tecnologias ópticas de próxima geração por combinarem boa capacidade de absorção e emissão de luz com estabilidade superior à de alguns materiais similares. No entanto, seu desempenho é altamente sensível a variações estruturais, e pequenas alterações na estrutura podem afetar significativamente o comportamento optoeletrônico do material, sendo muitas vezes difícil determinar a relação de causa e efeito entre elas.

O estudo foi liderado pelo professor Ki-Ha Hong, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade Hanbat. A equipe concentrou-se nas finas camadas espaçadoras orgânicas dentro das perovskitas bidimensionais, buscando esclarecer os efeitos específicos dessas camadas no desempenho do material. As perovskitas bidimensionais são compostas por camadas inorgânicas e orgânicas espaçadoras empilhadas alternadamente; as camadas inorgânicas são responsáveis principalmente pela atividade optoeletrônica, enquanto as camadas orgânicas espaçadoras influenciam a interação entre essas camadas funcionais.

Um conceito-chave no estudo é o "éxciton", ou seja, o par elétron-buraco formado após o material absorver luz. As propriedades dos éxcitons afetam diretamente o desempenho do material em aplicações como LEDs e células solares. Anteriormente, como alterar o material espaçador frequentemente mudava simultaneamente a distância entre as camadas e a estrutura do material, era difícil isolar os efeitos da própria camada espaçadora.

Para isolar esses efeitos, a equipe selecionou um grupo de perovskitas bidimensionais de iodeto de chumbo com estruturas altamente semelhantes, cuja estrutura inorgânica principal permanecia quase inalterada. O estudo ajustou a distância entre as camadas inorgânicas variando as camadas espaçadoras orgânicas com grupos químicos terminais semelhantes, mas com comprimentos de cadeia diferentes, evitando distorções significativas na estrutura do material. Em seguida, utilizaram várias técnicas espectroscópicas para medir o bandgap e a energia dos éxcitons do material.

Os resultados mostraram que, à medida que o comprimento da cadeia espaçadora aumentava, o bandgap da quasipartícula aumentava, mas a energia dos éxcitons variava muito pouco. Isso indica que a camada espaçadora tem um efeito significativo no comportamento elétrico do material, mas um impacto limitado na energia de absorção óptica. Ao mesmo tempo, camadas espaçadoras mais longas também aumentaram a energia de ligação do éxciton, ou seja, a força com que o elétron e o buraco permanecem conectados após a absorção de luz.

A equipe de pesquisa também testou a capacidade do modelo de Keldysh existente para explicar os resultados experimentais. Esse modelo é frequentemente usado para descrever éxcitons em materiais ultrafinos, mas não conseguiu corresponder completamente às observações. Ao introduzir uma nova função que considera a espessura real da camada espaçadora orgânica, a concordância entre o modelo e os dados experimentais foi melhorada.

Este estudo oferece uma rota de design molecular mais direta para a previsão do desempenho de perovskitas bidimensionais, ajudando empresas e equipes de pesquisa a realizar um desenvolvimento mais eficiente e direcionado antes de integrar o material em dispositivos. Os resultados da pesquisa foram publicados online em dezembro de 2025 e estão disponíveis na revista Advanced Functional Materials.