Temperature‐dependent structural fluctuation and its effect on the electronic structure and charge transport in hybrid perovskite CH3NH3PbI3

材料科学 化学物理 载流子 钙钛矿(结构) 半导体 有效质量(弹簧-质量系统) 带隙 凝聚态物理 相(物质) 电子能带结构 声子 电荷(物理) 化学 光电子学 结晶学 物理 量子力学 有机化学
作者
Jinyang Xi,Liangliang Zheng,Shenghao Wang,Jiong Yang,Wenqing Zhang
出处
期刊:Journal of Computational Chemistry [Wiley]
卷期号:42 (31): 2213-2220 被引量:18
标识
DOI:10.1002/jcc.26750
摘要

The recently discovered hybrid organic-inorganic perovskites have been suggested for high-performance optoelectronic applications. Owing to the mechanical flexibility of these compounds, they demonstrate structural fluctuation at finite temperatures that have been widely discussed with respect to their optical properties. However, the effect of temperature-induced structural fluctuation is not clear until now, with respect to the equally important charge transport properties. In the present study, through ab initio molecular dynamics simulations of cubic-phase CH3 NH3 PbI3 at different temperatures, the temperature-dependent electronic structure and charge carrier transport properties are examined. Compared with the significant structural fluctuation of organic cations, the structural change of the inorganic framework is minor. In addition, because the band edge states at R point are mainly influenced by the anti-bonding character of the Pb-I bond, CH3 NH3 PbI3 demonstrates relatively small deformation potentials as well as low temperature dependence of band gaps (ΔEg ≈ 50 meV from 330 K to 400 K) and electron-phonon coupling strengths, despite the large structural fluctuation of organic cations. Furthermore, the effective mass of the valence band increases with the increase of temperature. The predicted mobilities of CH3 NH3 PbI3 can reach above 75 cm2 V-1 s-1 near room temperature, exhibiting an appropriate optoelectronic potential, while the temperature dependence is steeper than T-1.5 of the traditional semiconductors because of the enhanced effective masses.
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