Origin of Low Carrier Mobilities in Halide Perovskites

卤化物 电子迁移率 半导体 纤锌矿晶体结构 材料科学 二极管 声子 光电子学 原子单位 电子 化学物理 化学 凝聚态物理 无机化学 物理 结晶学 量子力学 六方晶系
作者
Samuel Poncé,Martin Schlipf,Feliciano Giustino
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:4 (2): 456-463 被引量:134
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.8b02346
摘要

Halide perovskites constitute a new class of semiconductors that hold promise for low-cost solar cells and optoelectronics. One key property of these materials is the electron mobility, which determines the average electron speed due to a driving electric field. Here we elucidate the atomic-scale mechanisms and theoretical limits of carrier mobilities in halide perovskites by performing a comparative analysis of the archetypal compound CH3NH3PbI3, its inorganic counterpart CsPbI3, and a classic semiconductor for light-emitting diodes, wurtzite GaN, using cutting-edge many-body ab initio calculations. We demonstrate that low-energy longitudinal-optical phonons associated with fluctuations of the Pb–I bonds ultimately limit the mobility to 80 cm2/(V s) at room temperature. By extending our analysis to a broad class of compounds, we identify a universal scaling law for the carrier mobility in halide perovskites, and we establish the design principles to realize high-mobility materials.
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