Enhancing Optoelectronic Performance of All-Inorganic Double Perovskites via Halogen Doping: Synergistic Screening Strategies and Multiscale Simulations

兴奋剂 卤素 材料科学 纳米技术 光电子学 计算机科学 化学 烷基 有机化学
作者
Xifeng Fu,Zhiying Zhao,Sai Guo,Zi‐Ang Nan,Lingyi Meng,Can‐Zhong Lu
出处
期刊:Journal of Chemical Theory and Computation [American Chemical Society]
卷期号:20 (20): 9148-9160 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.jctc.4c01115
摘要

Designing all-inorganic double perovskites through element mixing is a promising strategy to enhance their optoelectronic performance and structural stability. The complex interplay between multilevel structures and optoelectronic properties in element-mixed double perovskites necessitates further in-depth theoretical exploration. In this study, we employ screening strategies and multiscale simulations combining first-principles methods and device-scale continuum models to identify two novel element-mixed compounds, Rb2AgInCl3I3 and Cs2AgInCl3I3, as promising candidates for photovoltaic applications. These compounds exhibit favorable structural factors and suitable direct band gaps. Theoretical investigations using first-principles methods with the HSE06 functional reveal direct band gaps of 0.98 and 1.26 eV for Rb2AgInCl3I3 and Cs2AgInCl3I3, respectively, with corresponding optical absorption coefficients exceeding 105 cm–1 in the visible light range. Cs2AgInCl3I3 features high charge mobilities of approximately 20 cm2·V–1·s–1 and a notable single-junction spectroscopic limited maximum efficiency (SLME) of 25.54%. Further analysis using the device-scale continuum model simulated the nonradiative recombination effects on power conversion efficiency, integrating quantum-mechanically calculated optoelectronic properties. These theoretical investigations, which bridge composition engineering with multiscale simulations, provide valuable insights into screening novel, lead-free, halogen-mixed double metal perovskite optoelectronic devices, highlighting their potential for high-performance solar energy applications.
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