Данная обзорная статья посвящена анализу и обобщению результатов исследований электронной структуры бессвинцовых двухгалогенидных перовскитов с использованием методов теории функционала плотности (DFT). В последние годы органо-неорганические перовскиты произвели революцию в фотовольтаике, однако их коммерциализация ограничивается высокой токсичностью свинца и фазовой нестабильностью. Замена иона свинца на комбинацию одновалентных и трехвалентных катионов с образованием структуры двойного перовскита (A₂B’B’’X₆) представляет собой перспективное решение данной проблемы. В работе подробно рассматриваются методологические аспекты первопринципных расчетов, включая выбор обменно-корреляционных функционалов (GGA-PBE, HSE06) и учет спин-орбитального взаимодействия, необходимого для корректного описания систем с тяжелыми элементами (например, висмутом). Основные результаты показывают, что большинство известных двухгалогенидных перовскитов, таких как Cs₂AgBiBr₆, обладают непрямой запрещенной зоной, что снижает их поглощающую способность. Обсуждаются механизмы инженерии запрещенной зоны путем галогенного замещения и легирования B-позиции. Теоретическая значимость работы заключается в систематизации данных о природе химических связей и формировании зонной структуры, где валентная зона и зона проводимости определяются гибридизацией p-орбиталей галогенов и d/p-орбиталей металлов. Практическая значимость исследования состоит в обосновании использования вычислительного моделирования для направленного поиска новых стабильных и экологически безопасных материалов для высокоэффективных оптоэлектронных устройств до этапа их дорогостоящего лабораторного синтеза.

АЙМАГАНБЕТОВА З.К.

PhD, ассоциированный профессор, Актюбинский региональный университет имени К.Жубанова, Актобе, Казахстан

Е-mail: z.aimaganbetova@zhubanov.edu.kz, https://orcid.org/0000-0002-8765-516X

ЖАНТУРИНА Н.Н.

PhD, ассоциированный профессор, Актюбинский региональный университет имени К.Жубанова, г. Актобе, Казахстан.

Е-mail: nzhanturina@zhubanov.edu.kz, https://orcid.org/0000-0001-9540-6334

КУЛШЫМБАЕВ Е.А.

Магистрант, Актюбинский региональный университет имени К.Жубанова, г. Актобе, Казахстан.

Е-mail: ekulsymbaev@gmail.com, https://orcid.org/0009-0002-7210-3394

1. Lu S., Zhou Q., Ouyang Y., Guo Y., Li Q., Wang J. Accelerated discovery of stable lead-free hybrid organic-inorganic perovskites via machine learning. Nature Communications. 2020. Vol. 9(1). P. 1-8. DOI: 10.1038/s41467-018-05761-w DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-018-05761-w
2. Ghosh S., Shankar H., Kar P. Recent developments of lead-free halide double perovskites: a new superstar in the optoelectronic field. Materials Advances. 2022. Vol. 3. P. 3742-3765. DOI: 10.1039/D2MA00071g DOI: https://doi.org/10.1039/D2MA00071G
3. Zuo T., Qi F., Yam C., Meng L. Lead-free all-inorganic halide double perovskite materials for optoelectronic applications: progress, performance and design. Physical Chemistry Chemical Physics. 2022. Vol. 24. P. 26948-26961. DOI: 10.1039/D2CP03463H DOI: https://doi.org/10.1039/D2CP03463H
4. Obada D.O., Akinpelu S.B., Abolade S.A. et al. Lead-Free Double Perovskites: A Review of the Structural, Optoelectronic, Mechanical, and Thermoelectric Properties Derived from First-Principles Calculations. Crystals. 2024. Vol. 14, No. 1. P. 86. DOI: https://doi.org/10.3390/cryst14010086 DOI: https://doi.org/10.3390/cryst14010086
5. Lee B.D., Lee J.W., Kim M. et al. Discovery of Pb-free hybrid organic-inorganic 2D perovskites using a stepwise optimization strategy. npj Computational Materials. 2022. Vol. 8. P. 83. DOI: https://doi.org/10.1038/s41524-022-00781-z DOI: https://doi.org/10.1038/s41524-022-00781-z
6. Diao X., Diao Y., Tang Y. et al. High-throughput screening of stable and efficient double inorganic halide perovskite materials by DFT. Scientific Reports. 2022. Vol. 12. P. 12633. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-16221-3 DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-16221-3
7. Fatima, S.K., Alzard, R.H., Amna, R., Alzard, M.H., Zheng, K., & Abdellah, M. Lead-free perovskites for next-generation applications: a comprehensive computational and data-driven review. Materials Advances. 2025. Vol. 6. P. 7634-7661. DOI: https://doi.org/10.1039/D5MA00478E DOI: https://doi.org/10.1039/D5MA00681C
8. Landini E., Reuter K., Oberhofer H. Machine-learning Based Screening of Lead-free Halide Double Perovskites for Photovoltaic Applications. arXiv. 2022. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2208.12736
9. Giannozzi P., Baroni S., Bonini N. et al. QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials. Journal of Physics: Condensed Matter. 2009. Vol. 21, No. 39. P. 395502. DOI: https://doi.org/10.1088/0953-8984/21/39/395502 DOI: https://doi.org/10.1088/0953-8984/21/39/395502
10. Kresse G., Furthmüller J. Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set. Physical Review B. 1996. Vol. 54, No. 16. P. 11169-11186. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.11169 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.11169
11. Heyd J., Scuseria G.E., Ernzerhof M. Hybrid functionals based on a screened Coulomb potential. The Journal of Chemical Physics. 2003. Vol. 118, No. 18. P. 8207-8215. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1564060 DOI: https://doi.org/10.1063/1.1564060
12. Klarbring J., Singh U., Simak S.I., Abrikosov I. A. Electronic structure of magnetic halide double perovskites Cs₂(Ag,Na)FeCl₆ from first-principles. arXiv. 2022. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2211.16387
13. Kuai Y., Chen C., Lu P. First-Principles Study Lead-Free Halide Double Perovskite Cs₂RhAgX₆ and Cs₂IrAgX₆. arXiv. 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2410.22091
14. Ibrahim I. A. M., Chung C.-Y. Lead-free double perovskites: how divalent cations tune the electronic structure for photovoltaic applications. Journal of Materials Chemistry C. 2022. Vol. 10. P. 12276-12285. DOI: https://doi.org/10.1039/D2TC02903K DOI: https://doi.org/10.1039/D2TC02903K
15. Sofi M. Y., Khan M. S., Ali J. et al. Exploring the lead-free halide Cs₂MGaBr₆ (M = Li, Na) double perovskites for sustainable energy applications. Scientific Reports. 2024. Vol. 14. P. 5520. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-54386-1 DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-54386-1
16. Kumar A. A., Lee N. From optoelectronics to scintillation applications: the versatility of lead-free halide double perovskites. Materials Horizons. 2025. Vol. 12. P. 7749-7778. DOI: https://doi.org/10.1039/D5MH00573F DOI: https://doi.org/10.1039/D5MH00573F

бессвинцовые двухгалогенидные перовскиты, теория функционала плотности, электронная структура, ширина запрещенной зоны, оптические свойства, вычислительное материаловедение, оптоэлектроника