New Light‐Harvesting Materials Using Accurate and Efficient Bandgap Calculations

三元运算 材料科学 带隙 密度泛函理论 分解水 光子 特征向量 光电子学 理论(学习稳定性) Pourbaix图 光催化 计算机科学 光学 物理 电化学 量子力学 生物化学 化学 电极 机器学习 程序设计语言 催化作用
作者
Ivano E. Castelli,Falco Hüser,Mohnish Pandey,Hong Li,Kristian S. Thygesen,Brian Seger,Anubhav Jain,Kristin A. Persson,Gerbrand Ceder,Karsten W. Jacobsen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:5 (2) 被引量:140
标识
DOI:10.1002/aenm.201400915
摘要

Electronic bandgap calculations are presented for 2400 experimentally known materials from the Materials Project database and the bandgaps, obtained with different types of functionals within density functional theory and (partial) self‐consistent GW approximation, are compared for 20 randomly chosen compounds forming an unconventional set of ternary and quaternary materials. It is shown that the computationally cheap GLLB‐SC potential gives results in good agreement (around 15%) with the more advanced and demanding eigenvalue‐self‐consistent GW. This allows for a high‐throughput screening of materials for different applications where the bandgaps are used as descriptors for the efficiency of a photoelectrochemical device. Here, new light harvesting materials are proposed to be used in a one‐photon photoelectrochemical device for water splitting by combining the estimation of the bandgaps with the stability analysis using Pourbaix diagrams and with the evaluation of the position of the band edges. Using this methodology, 25 candidate materials are obtained and 5 of them appear to have a realistic possibility of being used as photocatalyst in a one‐photon water splitting device.

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