Strong Interaction at the Perovskite/TiO2 Interface Facilitates Ultrafast Photoinduced Charge Separation: A Nonadiabatic Molecular Dynamics Study

光激发 化学物理 钙钛矿(结构) 范德瓦尔斯力 绝热过程 激子 化学 电子 光诱导电荷分离 密度泛函理论 分子物理学 材料科学 原子物理学 激发态 计算化学 凝聚态物理 人工光合作用 分子 物理 结晶学 光催化 量子力学 生物化学 催化作用 有机化学 热力学
作者
Run Long,Wei‐Hai Fang,Oleg V. Prezhdo
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:121 (7): 3797-3806 被引量:72
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.6b12921
摘要

Interfacial electron transfer (ET) plays a key role in the operation of solar cells based on TiO2 sensitized with organohalide perovskites, since it leads to separation of the photogenerated electrons and holes into different materials. The reported experimental ET times range by over 3 orders of magnitude, from sub-200 fs to over 300 ps. Using nonadiabatic molecular dynamics combined with ab initio time-domain density functional theory, we demonstrate that ET at a CH3NH3PbI3/TiO2 interface can be complete within 100 fs, indicating that the longer time scales reflect other processes, such as charge and exciton diffusion in perovskite bulk. The electron injection is fast because the interaction between the donor and acceptor species is strong at ambient conditions. Photoexcitation directly at the interface can create a charge-separated state. Electrons generated farther away inject by a combination of adiabatic and nonadiabatic mechanisms. Thermally activated low frequency vibrational motions at the interface modulate the CH3NH3PbI3/TiO2 separation, creating opportunities for chemical bonding and generating channels for adiabatic ET. Higher-frequency modes create large nonadiabatic coupling. The interaction between perovskite and TiO2 is purely van der Waals at 0 K, whereas at ambient temperatures I–Ti covalent bonds can form transiently at the interface. The covalent bonding is particularly important for photoexcitation of charge-separated states and adiabatic ET. The ET occurs prior to nonradiative electronic energy losses that can lead to charge trapping and recombination. The ultrafast interfacial charge separation contributes to the high efficiencies of perovskite-sensitized TiO2 solar cells. The reported simulations provide a detailed time-domain atomistic description of the interfacial ET and advance our understanding of carrier dynamics in perovskite solar cells.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
liberal完成签到 ,获得积分10
刚刚
1秒前
同行发布了新的文献求助10
2秒前
斯文败类应助2587采纳,获得10
2秒前
充电宝应助07采纳,获得30
2秒前
duoya发布了新的文献求助10
2秒前
彭于晏应助123采纳,获得10
2秒前
2秒前
anser001发布了新的文献求助10
3秒前
标致的初蓝完成签到,获得积分10
4秒前
科研同人发布了新的文献求助10
4秒前
5秒前
乐观的雅柏完成签到,获得积分20
5秒前
lzk完成签到,获得积分10
6秒前
wfaff2发布了新的文献求助10
6秒前
卡拉米完成签到,获得积分10
6秒前
7秒前
研友_8o5V2n发布了新的文献求助30
7秒前
ah_junlei完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
7秒前
8秒前
molihuakai应助卷耳采纳,获得10
8秒前
isabellae发布了新的文献求助10
8秒前
山海流完成签到,获得积分10
8秒前
丘比特应助高贵的蚂蚁采纳,获得10
9秒前
脑洞疼应助舒服的月饼采纳,获得10
9秒前
丘比特应助努力的小韩采纳,获得10
9秒前
9秒前
日月雨辰完成签到,获得积分10
9秒前
2587完成签到,获得积分10
9秒前
WFZ关闭了WFZ文献求助
9秒前
小马甲应助TianBa123采纳,获得10
10秒前
朵朵完成签到,获得积分10
10秒前
11秒前
wyt完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
英姑应助xzh采纳,获得10
11秒前
倩倩完成签到,获得积分20
12秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Cronologia da história de Macau 5000
咳嗽・喀痰の診療ガイドライン第2版2025 800
Petrology and Plate Tectonics 800
Electrode Potentials 550
《KNN基无铅压电陶瓷电学性能优化与物理机理研究》 500
The globalisation of real estate: the politics and practice of foreign real estate investment 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7008577
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8682651
关于积分的说明 18405446
捐赠科研通 6492924
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3104095
关于科研通互助平台的介绍 2172630
邀请新用户注册赠送积分活动 2080164