Why Oxygen Increases Carrier Lifetimes but Accelerates Degradation of CH3NH3PbI3 under Light Irradiation: Time-Domain Ab Initio Analysis

化学 钙钛矿(结构) 氧气 卤化物 光化学 过氧化物 密度泛函理论 分子 化学物理 降级(电信) 无机化学 计算化学 结晶学 计算机科学 电信 有机化学
作者
Jinlu He,Wei‐Hai Fang,Run Long,Oleg V. Prezhdo
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (34): 14664-14673 被引量:94
标识
DOI:10.1021/jacs.0c06769
摘要

Exposure to oxygen and light undermines chemical stability of metal halide perovskites, while it surprisingly improves their optical properties. Focusing on CH3NH3PbI3, we demonstrate that material degradation and charge carrier lifetimes depend strongly on the oxidation state of the oxygen species. Nonadiabatic molecular dynamics simulations combined with time-domain density functional theory show that a neutral oxygen molecule has little influence on the perovskite stability, while the superoxide and the peroxide accelerate degradation by breaking Pb-I chemical bonds and enhancing atomic fluctuations. Creating electron and/or hole traps, the neutral oxygen and the superoxide decrease charge carrier lifetimes by over 1 and 2 orders of magnitude, respectively. Importantly, photoinduced reduction of oxygen to the peroxide eliminates trap states and extends carrier lifetimes by more than a factor of 2 because it decreases the nonadiabatic coupling and shortens quantum coherence. The simulations indicate that the superoxide should be strongly avoided, for example, by full reduction to the peroxide because it causes simultaneous degradation of perovskite stability and optical properties. The detailed simulations rationalize the complex interplay between the influence of atmosphere and light on perovskite performance, apply to other solar cell materials exposed to natural elements, and provide valuable insights into design of high-performance solar cells.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

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
1秒前
Hannah17发布了新的文献求助10
2秒前
JUZI完成签到 ,获得积分10
2秒前
2秒前
南山无梅落完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
BLOSSOM完成签到,获得积分10
3秒前
等待断秋发布了新的文献求助10
3秒前
4秒前
4秒前
风中的双完成签到 ,获得积分10
5秒前
5秒前
无限初阳完成签到,获得积分10
6秒前
qsh发布了新的文献求助10
6秒前
麦田里的守望者完成签到,获得积分10
6秒前
谷之森完成签到,获得积分10
6秒前
7秒前
orixero应助yingjin采纳,获得10
7秒前
顾矜应助fei采纳,获得10
7秒前
8秒前
Hannah17完成签到,获得积分10
8秒前
villain发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
8秒前
坏坏发布了新的文献求助10
9秒前
韶卿发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
李健应助丹牛采纳,获得10
11秒前
翻斗花园李元芳完成签到,获得积分10
11秒前
Ca发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
橙子完成签到,获得积分10
13秒前
JIU夭发布了新的文献求助10
13秒前
blue发布了新的文献求助10
13秒前
万能图书馆应助linjiaying采纳,获得10
14秒前
殷勤的天亦完成签到,获得积分20
14秒前
今后应助nhq采纳,获得10
16秒前
yy完成签到,获得积分10
17秒前
朱志伟发布了新的文献求助10
17秒前
Yeah完成签到,获得积分10
17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
Lloyd's Register of Shipping's Approach to the Control of Incidents of Brittle Fracture in Ship Structures 1000
BRITTLE FRACTURE IN WELDED SHIPS 1000
Hope Teacher Rating Scale 1000
Entre Praga y Madrid: los contactos checoslovaco-españoles (1948-1977) 1000
Polymorphism and polytypism in crystals 1000
Encyclopedia of Materials: Plastics and Polymers 800
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 纳米技术 有机化学 物理 生物化学 化学工程 计算机科学 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 物理化学 电极 冶金 遗传学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6097015
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7926872
关于积分的说明 16414285
捐赠科研通 5227232
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2793716
邀请新用户注册赠送积分活动 1776468
关于科研通互助平台的介绍 1650629