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Hidden spontaneous polarisation in the chalcohalide photovoltaic absorber Sn2SbS2I3
Materials Horizons ( IF 12.2 ) Pub Date : 2021-07-05 , DOI: 10.1039/d1mh00764e Seán R Kavanagh 1, 2 , Christopher N Savory 1 , David O Scanlon 1, 3 , Aron Walsh 1, 4
Materials Horizons ( IF 12.2 ) Pub Date : 2021-07-05 , DOI: 10.1039/d1mh00764e Seán R Kavanagh 1, 2 , Christopher N Savory 1 , David O Scanlon 1, 3 , Aron Walsh 1, 4
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Perovskite-inspired materials aim to replicate the optoelectronic performance of lead-halide perovskites, while eliminating issues with stability and toxicity. Chalcohalides of group IV/V elements have attracted attention due to enhanced stability provided by stronger metal-chalcogen bonds, alongside compositional flexibility and ns2 lone pair cations – a performance-defining feature of halide perovskites. Following the experimental report of solution-grown tin-antimony sulfoiodide (Sn2SbS2I3) solar cells, with power conversion efficiencies above 4%, we assess the structural and electronic properties of this emerging photovoltaic material. We find that the reported centrosymmetric Cmcm crystal structure represents an average over multiple polar Cmc21 configurations. The instability is confirmed through a combination of lattice dynamics and molecular dynamics simulations. We predict a large spontaneous polarisation of 37 μC cm−2 that could be active for electron–hole separation in operating solar cells. We further assess the radiative efficiency limit of this material, calculating ηmax > 30% for film thicknesses t > 0.5 μm.
中文翻译：
硫卤化物光伏吸收剂 Sn2SbS2I3 中隐藏的自发极化
钙钛矿材料旨在复制卤化铅钙钛矿的光电性能，同时消除稳定性和毒性问题。 IV/V 族元素的硫卤化物由于更强的金属硫属键提供的增强稳定性而引起了人们的关注，同时还具有成分灵活性和 ns 2孤对阳离子（卤化物钙钛矿的性能决定特征）。根据溶液生长锡锑硫碘化物 (Sn 2 SbS 2 I 3 ) 太阳能电池的实验报告（功率转换效率高于 4%），我们评估了这种新兴光伏材料的结构和电子特性。我们发现所报道的中心对称Cmcm晶体结构代表了多个极性Cmc 2 1构型的平均值。通过晶格动力学和分子动力学模拟的结合证实了这种不稳定性。我们预测 37 μC cm -2的大自发极化可能对运行太阳能电池中的电子-空穴分离具有活性。我们进一步评估了这种材料的辐射效率极限，计算出薄膜厚度t > 0.5 μm 的η max > 30%。
更新日期：2021-07-15
中文翻译：
硫卤化物光伏吸收剂 Sn2SbS2I3 中隐藏的自发极化
钙钛矿材料旨在复制卤化铅钙钛矿的光电性能，同时消除稳定性和毒性问题。 IV/V 族元素的硫卤化物由于更强的金属硫属键提供的增强稳定性而引起了人们的关注，同时还具有成分灵活性和 ns 2孤对阳离子（卤化物钙钛矿的性能决定特征）。根据溶液生长锡锑硫碘化物 (Sn 2 SbS 2 I 3 ) 太阳能电池的实验报告（功率转换效率高于 4%），我们评估了这种新兴光伏材料的结构和电子特性。我们发现所报道的中心对称Cmcm晶体结构代表了多个极性Cmc 2 1构型的平均值。通过晶格动力学和分子动力学模拟的结合证实了这种不稳定性。我们预测 37 μC cm -2的大自发极化可能对运行太阳能电池中的电子-空穴分离具有活性。我们进一步评估了这种材料的辐射效率极限，计算出薄膜厚度t > 0.5 μm 的η max > 30%。
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