Anharmonicity-Driven Modulation of Carrier Lifetime and Mobility in BF 4 -Doped All-Inorganic CsPbX 3 (X = I, Br) Perovskites

非谐性 钙钛矿(结构) 兴奋剂 载流子 电子迁移率 材料科学 光电子学 密度泛函理论 卤化物 电荷(物理) 载流子寿命 格子(音乐) 化学物理 调制(音乐) 电子 分子动力学 凝聚态物理 化学 光伏系统 工作(物理) 俘获 载流子密度
作者
Kaifeng Wang,Xuan-Wang Tan,Xi-Meng Tang,Zhong-Yuan Wang,Chuan-Jia Tong,Jianxin Zhong
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:17 (4): 1216-1226
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.5c03817
摘要

Pseudohalide (such as BF4-) doping has emerged as a crucial strategy for enhancing the photovoltaic performance of all-inorganic halide perovskite CsPbX3 (X = I, Br) solar cells. Here, we employ density functional theory and ab initio nonadiabatic molecular dynamics to elucidate how BF4- doping modulates carrier dynamics through anharmonicity-driven mechanisms. We demonstrate that BF4- incorporation substantially enhances intrinsic anharmonicity (∼4.5-fold in CsPbI3, >10-fold in CsPbBr3), amplifying dynamic disorder that induces charge localization and reduces electron-phonon coupling. This mechanism extends nonradiative recombination lifetimes by 131% in CsPbI3 and 47% in CsPbBr3. Critically, we reveal a nonmonotonic relationship between anharmonicity and carrier transport: whereas moderate anharmonicity enhancement improves electron mobility by 35% in CsPbI3, excessive enhancement induces mobility degradation in CsPbBr3 due to charge overlocalization. Our work establishes fundamental design principles connecting lattice anharmonicity to carrier lifetime and mobility, providing atomic-level insights for optimizing pseudohalide-doped perovskite optoelectronics.
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