Bandas intermediárias intrínsecas em materiais cristalinos: big data e aplicação em células solares.
Materiais com banda intermediária (BI) despertam grande interessante quando consideradas as possíveis
aplicações de suas propriedades singulares. A existência de uma banda de energia estreita nas imediações
do nível de Fermi intriga cientistas e deixa muitas questões não respondidas, principalmente para compostos
com esta propriedade intrínseca no formato bulk . Materiais para uso em células solares vem sendo estudados
há décadas devido ao seu grande potencial para produção de energia limpa, estando sob desenvolvimento
constante. Ao menos desde a década de 1990, a ideia de aplicar materiais com BI em células solares tem se
difundido. A possibilidade de buscar materiais com BI intrínseca para aplicação em células solares foi impulsionada
por avanços recentes em cálculos computacionais e a criação de repositórios de materiais. Através
do uso de simulações baseadas na teoria do funcional da densidade (DFT - do inglês Density Functional
Theory ) e triagem computacional, fomos capazes de selecionar compostos metálicos com BI que satisfazem
condições para sua aplicação eficiente na conversão de energia solar, apresentando 3 candidatos previamente
sintetizados (Bi2 Rh2 O7 , Ca5 FeN6 , and OsTb6 I10 ). Machine learning e mineração de dados foram utilizados
para expandir o número de compostos metálicos com BI, identificando estruturas prototípicas capazes de
prover condições mínimas para criar novos compostos metálicos com BI, indicando 68 novos materiais estáveis
e relacionando a teoria do campo ligante às suas origens. A existência desta banda intermediária para
metais e semicondutores pôde ser associada a variáveis relacionadas a estados mais confinados tais como
maior raio do separador em ternários, menores dimensionalidade e empacotamento, além da presença of elementos
altamente eletronegativos. A presença de estados d e o número de elétrons foram identificados como
importantes elementos para a separação de materiais com BI em termos do seu nível de ocupação. Entre os
semicondutores com BI, encontramos compostos com características indicadas para aplicação em dispositivos
termoelétricos. As informações coletadas foram suficientes para o uso de ferramentas de classificação
que puderam produzir combinações de elementos e fórmulas relacionadas a predição de materiais com altas
chances de possuir BIs, com taxas acima de 80%.