Metal-free chiral molecular ferroelectric photovoltaics

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作者
Shulin Jiao,Haojie Jiang,Changchun Fan,Xu Chen,Junjie Jiang,Yanming Xu,Zheng Tang,Xiaofan Sun,Peiqi Ji,Xingming Yang,Kongmeng Ye,Libo Xu,Qidong You,Shuang Chen,Hong‐Ling Cai,Xiaoshan Wu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:477: 146805-146805
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.146805
摘要

Ferroelectric semiconductors have gained significant attraction for designing photovoltaic devices. However, their wide bandgap results in poor absorption of visible light. Herein, we report a pair of chiral metal-free molecular ferroelectric semiconductors (1R,4R/1S,4S-C5H10NO)I3 (R/S-OABHI; (1R,4R/1S,4S-C5H10NO)+ = 1R,4R/1S,4S-2-oxa-5-azabicyclo[2.2.1]heptonium) with notable ferroelectricity (saturation polarization of ∼6.8 and 6.1 μC/cm2 for R-/S-OABHI, respectively). They demonstrate an appropriate photovoltaic bandgap of ∼ 1.41 and 1.39 eV for R-/S-OABHI, respectively, comparable to MAPbI3 (MA = methylammonium). Experiments and computational simulations reveal that the ferroelectricity of R/S-OABHI originates from their non-centrosymmetric crystal packing in a controllable helical manner, while the I3− contributes to band edges. Meanwhile, photovoltaic effect is firstly observed in the R-OABHI based solar cell with an open-circuit voltage of 0.581 V and a short-circuit current density of 1.734 mA/cm2. Overall, we establish a new approach for realizing metal-free ferroelectric photovoltaics, and it will pave the way for the exploration of multifunctional chiral molecular ferroelectrics.
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