Universal rules for visible-light absorption in hybrid perovskite materials

吸收(声学) 布里渊区 密度泛函理论 钙钛矿(结构) 吸收光谱法 化学 化学物理 凝聚态物理 结晶学 物理 计算化学 光学
作者
Masato Kato,Takemasa Fujiseki,Tetsuhiko Miyadera,Takeshi Sugita,Shohei Fujimoto,Masato Tamakoshi,Masayuki Chikamatsu,Hiroyuki Fujiwara
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:121 (11) 被引量:134
标识
DOI:10.1063/1.4978071
摘要

A variety of organic-inorganic hybrid perovskites (APbX3) consisting of mixed center cations [A = CH3NH3+, HC(NH2)2+, and Cs+] with different PbX3− cages (X = I, Br, and Cl) have been developed to realize high-efficiency solar cells. Nevertheless, clear understanding of the effects of A and X on the optical transition has been lacking. Here, we present universal rules that allow the unified interpretation of the optical absorption in various hybrid perovskites. In particular, we find that the influence of the A-site cation on the light absorption is rather significant and the absorption coefficient (α) reduces to half when CH3NH3+ is replaced with HC(NH2)2+ in the APbI3 system. Our density functional theory calculations reproduce all of the fine absorption features observed in HC(NH2)2PbI3 and CH3NH3PbBr3, allowing the unique assignment of the interband transitions in the Brillouin zone. In contrast to general understanding that the A-site cation involves weakly in the optical process, our theoretical calculations reveal that the center cation plays a critical role in the interband transition and the absorption strength in the visible region is modified by the strong A-X interaction. Furthermore, our systematic analyses show that the variation of the absorption spectrum with X can be described simply by the well-known sum rule. The universal rules established in this study explain the large reduction of α in HC(NH2)2PbI3 and predict CsPbI3 as the highest α material.
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