A 位有序钙钛矿衍生物 A2A'Bi2I9 (A = Cs; A'= Ag, Cu) 中增强的电荷输运：第一性原理研究
材料科学
2025-03-05 v1
摘要
近期的实验通过在 Cs3Bi2I9 的 A 位用 Ag+ 部分替代 Cs+，合成了 Cs2AgBi2I9，与 Cs3Bi2I9 相比，其电荷输运性质得到增强。然而，这种增强背后的原子尺度机制仍不清楚。在本工作中，我们利用第一性原理计算和 Boltzmann 输运计算研究了 Cs2A'Bi2I9 (A' = Ag, Cu) 中的载流子输运机制。我们的结果表明，在 100-500 K 温度范围内，A 位有序的 Cs2A'Bi2I9 的载流子迁移率比 Cs3Bi2I9 高 3-4 倍。我们确定极性声子散射是限制迁移率的主要机制。此外，Cs2A'Bi2I9 中增强的面外载流子迁移率，特别是在 100 至 200 K 之间，导致迁移率各向异性降低。这些改善主要归因于较短的 A'-I 键长和增强的 Ag+/Cu+ s-I p 轨道耦合。值得注意的是，与在 Cs3Bi2I9 中用 Ag+ 替代相比，用 Cu+ 替代导致带隙进一步减小且空穴迁移率增强。进一步的分析表明，与 Cs3Bi2I9 相比，Cs2A'Bi2I9 中载流子迁移率的显著增加在很大程度上可以由较小的载流子有效质量 (m*) 和较弱的 Fröhlich 耦合强度 ({\alpha})，从而导致更低的极性质量 {\alpha}(m*/me) 来解释。我们的研究为基于 Bi 的钙钛矿衍生物的输运性质提供了有价值的见解，为其未来在光电器件中的应用铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2503.02478,
title = {Enhanced Charge Transport in A-site Ordered Perovskite Derivatives A2A'Bi2I9 (A = Cs; A'= Ag, Cu): A First-Principles Study},
author = {Shuhan Li and Siyu Song and Peng Lv and Shihao Wang and Jiawang Hong and Gang Tang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.02478},
year = {2025}
}