Bandgap lowering in mixed alloys of Cs3Bi2−xSbxBr9 perovskite powders

文献情報

出版日 2023-10-14
DOI 10.1039/D3CP04670B
インパクトファクター 3.676
著者

Kegui Li, Qiang Huang, Liling Guo, Hanxing Liu


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要旨

Lead-free metal halide perovskites have received widespread attention due to their composition of minimal hazardous components, excellent air stability, and long carrier lifetimes. However, the majority of the lead-free metal halide perovskites, such as Cs3Bi2Br9, have wide bandgaps, which limits their photoelectric in solar cells and optoelectronic devices. To address this issue, attempts have been made to adjust the bandgap through material alloying. Based on a solution approach, a pure phase of Cs3Bi2−xSbxBr9 crystals has been synthesized, with the alloying parameter x changing over the full range of composition. It is found that the mixed alloy has a smaller bandgap than pure Bi-based and Sb-based perovskites, with the smallest bandgap of 2.22 eV near x = 1, and there is a phenomenon of bandgap bowing throughout the alloying process. The electronic structure of Cs3Bi2−xSbxBr9 has been investigated using DFT calculations and the bandgap bowing of Cs3Bi2−xSbxBr9 is deduced to be related to the type-II band alignment between the Cs3Bi2Br9 and Cs3Sb2Br9. Owing to the mismatch of s and p orbital energies of Bi and Sb, the mixed alloy has a smaller bandgap. Our work demonstrated a method for achieving bandgap reduction and explained the phenomenon of bandgap bowing by pairing materials into type-II band alignment, which may also be found in other lead-free metal perovskites.

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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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