Tuning the gap of lead-based halide perovskites by introducing superalkali species at the cationic sites of ABX3-type structure

文献情報

出版日 2017-07-19
DOI 10.1039/C7CP02091K
インパクトファクター 3.676
著者

C. Paduani, Andrew M. Rappe


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要旨

We study with scalar relativistic density functional theory (DFT) calculations the effect of changes in the ionicity of the bonding mechanism and charge donation on the structure and electronic properties of new lead halide perovskites which show promising performance in optoelectronic applications as long-wave infrared detectors and thermoelectrics. Our results provide evidence that the band gap of these compounds can be tuned upon the introduction of appropriate superalkali moieties at the cationic A-sites in the CsPbI3-type structure. The computed band gap is 0.36 eV (direct) and 0.41 eV (indirect) for [Li3O]PbI3 and [Li3S]PbI3, respectively. By changing the chemical environment in the Pb-halide perovskite structure, we see drastic changes in the shape of both valence and conduction bands, as compared to CsPbI3. Introducing superalkali cations produces extra electronic states close to the Fermi level which arise from the formation of delocalized energy states, where a strong hybridization is identified between Pb and Li s-states near the top of the valence band. This can promote the hole mobility and increase the exciton diffusion length at longer wavelengths. Berry phase calculations show rather significant spontaneous polarization of 34 and 15 μC cm−2 along the x-axis in both [Li3O]PbI3 and [Li3S]PbI3, indicative of ferroelectric behavior.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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