고효율 및 우수한 전하 이동성을 가진 2차원 CH3NH3PbI3: 이론적 연구

2차원(2D) 할라이드 페로브스카이트는 독특하게 조정 가능한 조성 및 구조적 특성을 가지고 있어 2D 재료가 광전 응용의 특성을 개선하는 데 좋은 후보가 됩니다. 우리는 밀도 범함수 계산을 사용하여 유기-무기 혼합 페로브스카이트 CH3NH3PbI3 단일 층의 변형 의존 구조적, 전자적 및 광학적 특성을 탐구했습니다. 여기에서 우리는 CH3NH3PbI3 단일 층의 전자 및 정공의 전하 이동성과 밴드 갭을 계산했습니다. 결과는 인장 및 압축 변형이 증가함에 따라 밴드 갭이 인장 변형의 경우 5%까지 증가하고, 압축 변형의 경우 불안정성 쪽으로 감소하는 것을 제안합니다, 즉 9%. 2D CH3NH3PbI3의 전하 이동성은 CH3NH3PbI3의 벌크 형태에 비해 약 16배 더 큽니다. 또한, 우리는 가시광선 및 고자외선 영역에서 좋은 활성을 보이는 광학적 특성도 조사했습니다. 추가적으로, 2D CH3NH3PbI3 단일 층은 낮은 에너지 영역에서 좋은 투과율(>80%)과 8.8 eV에서 14.09 × 105 cm–1의 높은 흡수 계수를 보여주며, 이는 CH3NH3PbI3의 벌크 형태에 비해 최대 40% 더 높습니다. 그러나 두 종류의 변형 하에서 2D CH3NH3PbI3 단일 층의 흡수 계수는 감소합니다. 광전 응용을 위해 우리는 2D CH3NH3PbI3 단일 층의 개방 회로 전압(Voc), 충전 계수(FF), 단락 전류 밀도(Jsc), 및 전력 변환 효율(η)을 계산했습니다. 우리의 이론적 결과는 전력 변환 효율(η)이 28%로, 벌크 형태보다 높고 Shockley-Queisser 한계(33%)보다 5% 낮다는 것을 제안합니다. 이는 2D CH3NH3PbI3가 태양 전지 응용의 좋은 후보임을 시사합니다.