Exploration of the origin of the excellent charge-carrier dynamics in Ruddlesden–Popper oxysulfide perovskite Y2Ti2O5S2

钙钛矿(结构) 电子 电介质 载流子 材料科学 凝聚态物理 化学物理 物理 结晶学 化学 光电子学 核物理学
作者
Yisen Yao,Qiaoqiao Li,Weibin Chu,Yi-min Ding,Yan Luo,Yang Gao,Arup Neogi,Alexander O. Govorov,Liujiang Zhou,Zhiming Wang
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:25 (48): 32875-32882 被引量:1
标识
DOI:10.1039/d3cp02860g
摘要

Although the efficient separation of electron-hole (e-h) pairs is one of the most sought-after electronic characteristics of materials, due to thermally induced atomic motion and other factors, they do not remain separated during the carrier transport process, potentially leading to rapid carrier recombination. Here, we utilized real-time time-dependent density functional theory in combination with nonadiabatic molecular dynamics (NAMD) to explore the separated dynamic transport path within Ruddlesden-Popper oxysulfide perovskite Y2Ti2O5S2 caused by the dielectric layer and phonon frequency difference. The underlying origin of the efficient overall water splitting in Y2Ti2O5S2 is systematically explored. We report the existence of the bi-directional e-h separate-path transport, in which, the electrons transport in the Ti2O5 layer and the holes diffuse in the rock-salt layer. This is in contrast to the conventional e-h separated distribution with a crowded transport channel, as observed in SrTiO3 and hybrid perovskites. Such a unique feature finally results in a long carrier lifetime of 321 ns, larger than that in the SrTiO3 perovskite (160 ns) with only one carrier transport channel. This work provides insights into the carrier transport in lead-free perovskites and yields a novel design strategy for next-generation functionalized optoelectronic devices.
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