Insights into the Dynamic Electron–Hole Separation Process Induced by a Trapped Electron in Lead Halide Perovskites in the Presence of Solutions

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作者
Yunxuan Ding,Yujie Shen,Ming‐Hsien Lee,Haifeng Wang,P. Hu,Meilan Huang
出处
期刊:JACS Au [American Chemical Society]
被引量:1
标识
DOI:10.1021/jacsau.4c01261
摘要

Metal halide perovskite solar cells show great promise, in terms of their high-power conversion efficiency. However, the dynamic electron-hole separation process remains elusive. Using ab initio molecular dynamics, we discover that the presence of photogenerated electron trapped at a Pb2+ ion can induce significant electron-hole separations on the CH3NH3PbI3 perovskite in the presence of HI solution. In this dynamic process, the separated electron is transferred to the Pb+ ion to form a Pb0 atom, while the separated hole is trapped in an I dimer. The reason behind this induced electron-hole separation is clearly revealed. Furthermore, the charge carrier transfer mechanism is elucidated, which not only explains the carrier migration but also the degradation of the perovskite in a humid environment. Comparing the atomic motions in CH3NH3PbI3 and CH3NH3PbCl3 quantitatively demonstrates that CH3NH3PbI3 is more active but less stable than CH3NH3PbCl3. The proposed mechanism for the electron-hole separation mechanism and perovskite degradation in humid conditions provides insights into the design of a highly efficient perovskite with good stability.
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