与钙钛矿相关的碘化铋A3Bi2I9 (A = K, Rb, Cs)的晶体和电子结构:辅助光伏的合理设计( Crystal and Electronic Structures of Complex Bismuth Iodides A3Bi2I9 (A = K, Rb, Cs) Related to Perovskite: Aiding the Rational Design of Photovoltaics )

AJ Lehner DH Fabini HA Evans CA Hébert SR Smock J Hu H Wang JW Zwanziger ML Chabinyc R Seshadri

三元卤化铋是一个有趣的功能材料类别，与卤化铅钙钛矿光伏密切相关，特别是考虑到Bi与Pb相比毒性显著降低。本文所研究的化合物A3Bi2I9(A=K,Rb,Cs）具有两种不同的结构类型：层状缺陷钙钛矿型K3Bi2I9和Cs3Cr2Cl9。后一种结构类型以孤立的Bi2I93-阴离子为特征。本文重新确定了三元碘化物的晶体结构，并用单晶X射线衍射和固态87Rb NMR谱建立了Rb3Bi2I9的修正结构模型，得到了密度泛函理论(DFT)的支持。介绍了单晶、块体材料和溶液处理薄膜的各种简便制备技术。通过光吸收和紫外光发射光谱分析，并用密度泛函理论计算，对其光学性质和电子结构进行了研究。报道了这些半导体的价带和导带的绝对能带位置，实验值和计算值非常吻合，为合理设计高效电子和光电子器件的接口提供了有用的输入。令人惊讶的是，两种不同结构类型中不同的结构连通性似乎并没有显著地影响带位置或带隙。计算的介电性质，包括Bi3+上异常大的Born有效电荷张量的发现，表明Bi3+6S2孤对引起的近端结构不稳定性。这些反常的出生有效电荷有望用于缺陷屏蔽和有效的载流子输运。配合物碘化铋的结构、电子和光学性质在一定程度上与相关的碘化铅钙钛矿相似。络合物碘化铋中较深的价带位置表明需要不同的空穴传输材料来选择碘化铋基太阳能电池结构。

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