First-principles studies of oxygen interstitial dopants in RbPbI3 halide for perovskite solar cells

掺杂剂 材料科学 钙钛矿(结构) 氧气 密度泛函理论 带隙 兴奋剂 化学物理 范德瓦尔斯力 钝化 分子 结晶学 计算化学 纳米技术 化学 光电子学 有机化学 图层(电子)
作者
Chun Yang,Wei Wu,Kwang‐Leong Choy
出处
期刊:Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering [IOP Publishing]
卷期号:32 (1): 015007-015007
标识
DOI:10.1088/1361-651x/ad104f
摘要

Abstract Recently perovskite solar cells (PSCs) have caught much attention. Oxygen atom (O 1 ) and molecule (O 2 ) are important dopants to influence the stability of the structural, electronic and optical properties, thus the performance of PSCs. RbPbX 3 -type perovskites have fantastic chemical stability and good power conversion efficiency. Here we have studied the effects of interstitial O 1 and O 2 on the structural properties, and hence the electronic structure of RbPbI 3 from first principles. We have included the van der Waals (vdW) forces into our density-functional-theory calculations. The formation of dopant level within the pristine band gap has been found when incorporating oxygen. The defect level, dominated by oxygen and iodine, is above the valence band maximum by 0.5–1.3 eV, depending on the location of the defects in the bulk. In addition, we can see the bandwidths of the defect levels are very narrow, which could trap the electron and affect the transport properties. In addition, a metallic state has been found in our calculations for interstitial oxygen molecule when there are strong O–O, O–Pb, and O–I bonds, indicating the complex nature of oxygen-doped PSCs. The comparison between the defect formation energies when doping oxygen atom and molecules is consistent with the previous report about oxygen-molecule passivation of PSCs. Our work has therefore provided important theoretical insight to the effect of oxygen dopants on the electronic structure of RbPbI 3 .

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