Origin of Enhanced Nonradiative Carrier Recombination Induced by Oxygen in Hybrid Sn Perovskite

重组 钙钛矿(结构) 氧气 化学物理 材料科学 化学 光电子学 结晶学 生物化学 基因 有机化学
作者
Yuhang Liang,Xiangyuan Cui,Feng Li,Catherine Stampfl,Simon P. Ringer,Xudong Yang,Jun Huang,Rongkun Zheng
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:14 (12): 2950-2957 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.3c00423
摘要

Oxygen ingression has been shown to substantially decrease the carrier lifetime of Sn-based perovskites, behind which the mechanism remains yet unknown. Our first-principles calculations reveal that in prototypical MASnI3 (MA = CH3NH3), oxygen by itself is not a recombination center. Instead, it tends to form substitutional OI through combining with native I vacancies (VI) and remarkably increases the original recombination rate of VI by 2-3 orders of magnitude. This rationalizes the experimentally observed sharp decline of carrier lifetime in perovskites exposed to air. The significantly enhanced carrier recombination is due to a smaller electron capture barrier of OI, resulting from lattice strengthening and the suppressed structural relaxation upon electron capture. These insights offer a route to further improve device performance via anion engineering in broad Sn-based perovskite optoelectronics operating in ambient air. Moreover, our results highlight the important role of lattice relaxation for nonradiative carrier capture in materials in general.
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