First-principles study on the electronic and optical properties of cubic ABX3 halide perovskites

带隙 卤化物 直接和间接带隙 联轴节(管道) 物理 电子能带结构 凝聚态物理 导带 太阳能电池 相(物质) 结晶学 材料科学 光电子学 化学 电子 无机化学 量子力学 有机化学 冶金
作者
Lang Li,Ji‐Hui Yang,Heng-Rui Liu,Hongjun Xiang,Xiu Gong
出处
期刊:Physics Letters A 卷期号:378 (3): 290-293 被引量:265
标识
DOI:10.1016/j.physleta.2013.11.018
摘要

The electronic properties of ABX3 (A = Cs, CH3NH3, NH2CHNH2; B = Sn, Pb; X = Cl, Br, I) type compounds in the cubic phase are systematically studied using the first-principles calculations. We find that these compounds have direct band gaps at R point where the valance band maximum is an anti-bonding state of B s-X p coupling, while the conduction band minimum is a non-bonding state with B p characters. The chemical trend of their properties as A or B or X varies is fully investigated, which is of great importance to understand and optimize this kind of solar cell materials. We find that: (i) as the size of A increases, the band gap of ABX3 will increase; (ii) as B varies from Sn to Pb, the band gap of ABX3 will increase; and (iii) as X ranges from Cl to Br to I, the band gap will decrease. We explained these trends by analyzing their band structures. Furthermore, optical properties of the ABX3 compounds are investigated. Our calculations show that taking into account the spin-orbit coupling effect is crucial for predicting the accurate band gap of these halide perovskites. We predict that CH3NH3SnBr3 is a promising material for solar cells absorber with a perfect band gap and good optical absorption.
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