Photovoltaic properties of metal-free semiconductor DMEDA·I6: A first-principles investigation

带隙 太阳能电池 半导体 材料科学 半金属 直接和间接带隙 光伏系统 凝聚态物理 光电子学 物理 电气工程 工程类
作者
Fuxiang Liu,Peng Xu
出处
期刊:Materials research express [IOP Publishing]
卷期号:8 (4): 045901-045901 被引量:1
标识
DOI:10.1088/2053-1591/abf0bd
摘要

Abstract Metal-free halide materials have garnered significant attention. However, because of their large band gap, current metal-free materials are not suitable as solar cell absorbers. A metal-free semiconductor, DMEDA·I 6 , with a narrow band gap (∼1.36 eV) and strong light absorption, is a promising candidate for solar cell absorbers. Using the first-principles calculation method, a systematic investigation was conducted on the photovoltaic properties of DMEDA·I 6 , including electronic properties, variation trend of the band gap under strain, defect physics, and band alignments of solar cell interfaces. It was found that DMEDA·I 6 crystallized in a one-dimensional I chain with alternating long and short I–I bond lengths. Although both the valence band maximum and conduction band minimum of DMEDA·I 6 are derived from the I p states, their compositions are distinguishable owing to the abnormal I–I bond arrangement. The band gap of DMEDA·I 6 increases when the lattice volume expands, which is similar to that of the popular lead-based perovskites and opposite to that of the conventional zincblende semiconductors. Among the intrinsic defects, only defect V I can produce a deep defect level in the band gap. The formation of V I can be suppressed under the I-rich preparation conditions; thus, I rich condition is proposed when preparing DMEDA·I 6 solar cell absorbers. Commonly used hole transportation materials are suitable for DMEDA·I 6 -based solar cells, whereas electron transport materials (ETMs) with a lower lowest unoccupied molecular orbital than commonly used ETMs should be used.
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