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
玩命的紫夏完成签到,获得积分10
12秒前
13秒前
SciGPT的应助被d4c9e3258a6248fe采纳,获得10
14秒前
flb1227完成签到 ,获得积分10
14秒前
张一二发布了新的文献求助30
17秒前
yxrose完成签到,获得积分10
20秒前
张一二完成签到,获得积分10
22秒前
GingerF的应助被雪山大地采纳,获得80
24秒前
申申完成签到 ,获得积分10
27秒前
沉睡千年的蛆完成签到,获得积分10
29秒前
30秒前
风中可仁完成签到 ,获得积分10
30秒前
芭乐王子完成签到 ,获得积分10
31秒前
微笑的严青完成签到,获得积分10
31秒前
36秒前
实验小学五道杠大队长完成签到,获得积分10
39秒前
智文完成签到 ,获得积分10
40秒前
43秒前
lian发布了新的文献求助10
47秒前
yang完成签到 ,获得积分0
47秒前
wenjing完成签到 ,获得积分10
47秒前
怡然契完成签到 ,获得积分10
49秒前
强健的面包完成签到,获得积分10
50秒前
lian完成签到,获得积分10
52秒前
Joanne完成签到 ,获得积分0
55秒前
Aiden完成签到,获得积分10
58秒前
seujyc完成签到 ,获得积分10
1分钟前
Tristan完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
活力的尔蓉完成签到,获得积分10
1分钟前
aajhajkahna的应助被科研通管家采纳,获得10
1分钟前
1分钟前
Julian的应助被科研通管家采纳,获得30
1分钟前
慕青的应助被科研通管家采纳,获得20
1分钟前
风中柚子完成签到 ,获得积分10
1分钟前
czn0523完成签到 ,获得积分10
1分钟前
Trista0036完成签到 ,获得积分10
1分钟前
郭濹涵完成签到 ,获得积分10
1分钟前
杨凯悦完成签到 ,获得积分10
1分钟前
Max完成签到,获得积分10
1分钟前
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
Spec 401: Standards for Jet Fuel Facility and Equipment Commissioning and Flushing at Airports, 2026.1 (Original Issue) 1000
Spec 103: Standard for Jet Fuel Quality Control at Airports, Revision 2026.1 1000
Klimaschutzrecht durch den Energiesektor im Mehrebenensystem – Ein Rechtsvergleich 1000
Topological Photonics: Fundamentals and Applications 500
5th World Conference on Detergents: Reinventing the Industry : Opportunities and Challenges 500
Les Mots du discours 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 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8097597
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9508119
关于积分的说明 21463940
捐赠科研通 7672222
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3407236
关于科研通互助平台的介绍 2535231
邀请新用户注册赠送积分活动 2446709