A new carbon phase with direct bandgap and high carrier mobility as electron transport material for perovskite solar cells

带隙 钙钛矿(结构) 电子迁移率 材料科学 半导体 电子 碳纤维 光电子学 电子传输链 直接和间接带隙 纳米技术 化学 物理 结晶学 复合材料 复合数 量子力学 生物化学
作者
Ping‐Ping Sun,Lichun Bai,Devesh R. Kripalani,Kun Zhou
出处
期刊:npj computational materials [Nature Portfolio]
卷期号:5 (1) 被引量:102
标识
DOI:10.1038/s41524-018-0146-z
摘要

Abstract Rapid development of perovskite solar cells is challenged by the fact that current semiconductors hardly act as efficient electron transport materials that can feature both high electron mobility and a well-matched energy level to that of the perovskite. Here we show that T-carbon, a newly emerging carbon allotrope, could be an ideal candidate to meet this challenge. By using first-principles calculations and deformation potential theory, it is found that T-carbon is a semiconductor with a direct bandgap of 2.273 eV, and the energy level in the conduction band is lower than that of perovskite by 0.5 eV, showing a larger force of electron injection. Moreover, the calculated electron mobility can reach up to 2.36 × 10 3 cm 2 s –1 V –1 , superior to conventional electron transport materials such as TiO 2 , ZnO and SnO 2 , which will facilitate more efficient electron separation and more rapid diffusion away from their locus of generation within the perovskite absorbers. Furthermore, the bandgap of T-carbon is highly sensitive to strain, thus providing a convenient method to tune the carrier transport capability. Overall, T-carbon satisfies the requirements for a potential efficient electron transport material and could therefore be capable of accelerating the development of perovskite solar cells.
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