Computational Screening of 2D All‐Inorganic Lead‐Free Halide Perovskites A3B2X9 for Photovoltaic and Photocatalytic Applications

卤化物 带隙 能量转换效率 材料科学 单独一对 吸收(声学) 光催化 结晶学 化学 光电子学 分子 无机化学 催化作用 生物化学 复合材料 有机化学
作者
Qingyuan Luo,Liqin Su,Yanan Lu,Linghui Fang,Haibo Shu,Dan Cao,Xiaohong Chen
出处
期刊:Advanced theory and simulations [Wiley]
卷期号:7 (3) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/adts.202300988
摘要

Abstract Exploration of low‐dimensional Pb‐free halide perovskites with high stability and outstanding properties is still a pursuing target for developing integrated optoelectronic devices. Herein, comprehensive computational screening of a new class of two‐dimensional (2D) all‐inorganic Pb‐free A 3 B 2 X 9 perovskites is performed based on the first‐principles calculations. The results indicate that the structural and electronic properties of 2D A 3 B 2 X 9 structures strongly depend on the B‐X bonding interactions, which makes that their thermodynamic stability follows the trend of A 3 Bi 2 X 9 ≈A 3 Sb 2 X 9 >A 3 In 2 X 9 >A 3 Ga 2 X 9 and their interlayer interactions show a reversal trend. Owing to the lack of lone‐pair electron effect, A 3 In 2 X 9 indicate direct bandgap characteristics and present the relatively smaller bandgaps and higher electron mobilities than A 3 Sb 2 X 9 and A 3 Bi 2 X 9 . Benefit from optimal bandgaps (0.8–2.1 eV) and large absorption coefficients (10 4 –10 5 cm −1 ) in the visible region, A 3 B 2 I 9 (B = In, Sb, Bi) exhibit high power conversion efficiency up to 18.2%. Moreover, A 3 B 2 I 9 (B = Sb, Bi) is verified as efficient photocatalysts for overall water splitting. The theoretical solar‐to‐hydrogen efficiency of Rb 3 Bi 2 I 9 and Cs 3 Bi 2 I 9 are >16%. This work suggests huge potential of 2D A 3 B 2 X 9 perovskites for photovoltaic and photocatalytic applications.

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