The effect of oxygen molecule adsorption on lead iodide perovskite surface by first-principles calculation

钙钛矿(结构) 工作职能 吸附 范德瓦尔斯力 化学物理 化学 材料科学 氧气 分子 图层(电子) 物理化学 纳米技术 结晶学 有机化学
作者
Xia‐Xia Ma,Ze‐Sheng Li
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:428: 140-147 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2017.09.073
摘要

Abstract Oxygen molecule has a negative effect on perovskite solar cells, which has been investigated experimentally. However, detailed theoretical research is still rare. This study presents a microscopic view to reveal the interaction mechanism between O 2 and perovskite based on the first-principles calculation. The results show that O 2 is adsorbed on the (100) surface of MAPbI 3 perovskite mainly by Van der Waals force. O 2 adsorption makes the MAPbI 3 surface generate a small number of positive charges, which leads to the increase of the work function of the MAPbI 3 surface. This is in agreement with the experimental measurement. And increased work function of MAPbI 3 surface is not beneficial to electron transfer from perovskite to electronic extraction layer (such as TiO 2 ). Comparison of the density of states (DOS) of the clean (100) surface and the adsorbed system shows that an in-gap state belonging to O 2 appears, which can explain the phenomenon observed from experiments that electron transfers from the surface of perovskite to O 2 to form superoxide. The theoretical power conversion efficiency of the system with and without O 2 adsorption is evaluated, and it turns out that the power conversion efficiency of the system with O 2 adsorption is slightly lower than that of the system without O 2 adsorption. This result indicates that avoiding the introduction of O 2 molecules between perovskite and electronic extraction layer is beneficial to the perovskite solar cell.
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