Tuning Octahedral Tilting by Doping to Prevent Detrimental Phase Transition and Extend Carrier Lifetime in Organometallic Perovskites

化学 掺杂剂 兴奋剂 钙钛矿(结构) 八面体 化学物理 杂原子 相(物质) 结晶学 纳米技术 凝聚态物理 晶体结构 材料科学 有机化学 物理 戒指(化学)
作者
Junwen Yin,Zhongfei Xu,Qi Hu,Gilberto Teobaldi,Limin Liu,Oleg V. Prezhdo
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (9): 5393-5399 被引量:42
标识
DOI:10.1021/jacs.2c13593
摘要

As one of the most promising materials for next-generation solar cells, organometallic perovskites have attracted substantial fundamental and applied interest. Using first-principles quantum dynamics calculations, we show that octahedral tilting plays an important role in stabilizing perovskite structures and extending carrier lifetimes. Doping the material with (K, Rb, Cs) ions at the A-site enhances octahedral tilting and the stability of the system relative to unfavorable phases. The stability of doped perovskites is maximized for uniform distribution of the dopants. Conversely, aggregation of dopants in the system inhibits octahedral tilting and the associated stabilization. The simulations also indicate that with enhanced octahedral tilting, the fundamental band gap increases, the coherence time and nonadiabatic coupling decrease, and the carrier lifetimes are thus extended. Our theoretical work uncovers and quantifies the heteroatom-doping stabilization mechanisms, opening up new avenues to enhancing the optical performance of organometallic perovskites.
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