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Promising Lead-Free Double-Perovskite Photovoltaic Materials Cs2MM′Br6 (M = Cu, Ag, and Au; M′ = Ga, In, Sb, and Bi) with an Ideal Band Gap and High Power Conversion Efficiency
The Journal of Physical Chemistry C ( IF 3.3 ) Pub Date : 2021-09-21 , DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c05699 Kai-qi Wang 1 , Yong He 2 , Min Zhang 1, 3 , Jun-jie Shi 2 , Wen-wen Cai 1
The Journal of Physical Chemistry C ( IF 3.3 ) Pub Date : 2021-09-21 , DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c05699 Kai-qi Wang 1 , Yong He 2 , Min Zhang 1, 3 , Jun-jie Shi 2 , Wen-wen Cai 1
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Inorganic–organic hybrid halide perovskite MAPbI3 (MA = CH3NH3) has attracted much attention because of its suitable band gap and strong visible-light absorption ability. However, intrinsic Pb toxicity and poor stability have hindered its further application in photovoltaic devices. Recently, Cs-based inorganic double perovskites with good stability and prominent light absorption have drawn substantial interest. Here, we have systematically investigated the electronic and optical properties of lead-free double perovskite Cs2MM′Br6 (M = Cu, Ag, and Au; M′ = Ga, In, Sb, and Bi) from first-principles calculations. Our results indicate that candidates have high stability against decomposition. The absorption coefficient of all double perovskites in the visible-light region can reach ∼105 cm–1. Direct band gaps (∼1.47 eV of Cs2AgInBr6 and ∼1.37 eV of Cs2AgGaBr6) are close to the optimal value (1.34 eV) requested by the Shockley–Queisser limit. The spectroscopic limited maximum efficiency (∼31.9% of Cs2AgInBr6 and ∼32.45% of Cs2AgGaBr6) can be obtained at the thickness of 1.5 μm. The electron mobility in Cs2AgGaBr6 is up to 160.8 cm2 V–1 s–1, similar to that of MAPbI3 (165 cm2 V–1 s–1). Our studies provide a helpful guide to designing excellent lead-free absorber layers and give a new insight into the nature of double perovskites for developing novel optoelectronic devices for renewable solar energy utilization.
中文翻译：
具有理想带隙和高功率转换效率的有前途的无铅双钙钛矿光伏材料 Cs2MM'Br6（M = Cu、Ag 和 Au；M' = Ga、In、Sb 和 Bi）
无机-有机杂化卤化物钙钛矿MAPbI 3 (MA = CH 3 NH 3 )因其合适的带隙和较强的可见光吸收能力而备受关注。然而，铅固有的毒性和较差的稳定性阻碍了其在光伏器件中的进一步应用。最近，具有良好稳定性和显着光吸收的 Cs 基无机双钙钛矿引起了人们的极大兴趣。在这里，我们系统地研究了无铅双钙钛矿 Cs 2 MM'Br 6的电子和光学性质（M = Cu、Ag 和 Au；M' = Ga、In、Sb 和 Bi）来自第一性原理计算。我们的结果表明候选物对分解具有高稳定性。所有双钙钛矿在可见光区的吸收系数都可以达到~ 10 5 cm –1。直接带隙（eV的~1.47 Cs的2 AgInBr 6和~1.37 Cs的电子伏特2 AgGaBr 6）是接近由肖克莱-Queisser极限请求的最优值（1.34电子伏特）。在 1.5 μm 的厚度下可以获得光谱有限的最大效率（~31.9% Cs 2 AgInBr 6和~32.45% Cs 2 AgGaBr 6）。Cs中的电子迁移率2 AgGaBr 6高达160.8 cm 2 V –1 s –1，类似于MAPbI 3 (165 cm 2 V –1 s –1 )。我们的研究为设计优秀的无铅吸收层提供了有用的指导，并为开发用于可再生太阳能利用的新型光电器件提供了对双钙钛矿性质的新见解。
更新日期：2021-09-30
中文翻译：
具有理想带隙和高功率转换效率的有前途的无铅双钙钛矿光伏材料 Cs2MM'Br6（M = Cu、Ag 和 Au；M' = Ga、In、Sb 和 Bi）
无机-有机杂化卤化物钙钛矿MAPbI 3 (MA = CH 3 NH 3 )因其合适的带隙和较强的可见光吸收能力而备受关注。然而，铅固有的毒性和较差的稳定性阻碍了其在光伏器件中的进一步应用。最近，具有良好稳定性和显着光吸收的 Cs 基无机双钙钛矿引起了人们的极大兴趣。在这里，我们系统地研究了无铅双钙钛矿 Cs 2 MM'Br 6的电子和光学性质（M = Cu、Ag 和 Au；M' = Ga、In、Sb 和 Bi）来自第一性原理计算。我们的结果表明候选物对分解具有高稳定性。所有双钙钛矿在可见光区的吸收系数都可以达到~ 10 5 cm –1。直接带隙（eV的~1.47 Cs的2 AgInBr 6和~1.37 Cs的电子伏特2 AgGaBr 6）是接近由肖克莱-Queisser极限请求的最优值（1.34电子伏特）。在 1.5 μm 的厚度下可以获得光谱有限的最大效率（~31.9% Cs 2 AgInBr 6和~32.45% Cs 2 AgGaBr 6）。Cs中的电子迁移率2 AgGaBr 6高达160.8 cm 2 V –1 s –1，类似于MAPbI 3 (165 cm 2 V –1 s –1 )。我们的研究为设计优秀的无铅吸收层提供了有用的指导，并为开发用于可再生太阳能利用的新型光电器件提供了对双钙钛矿性质的新见解。
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