通过密度泛函理论驱动的带隙工程优化基于g-CN的受体材料，以实现高性能太阳能电池

《ChemPhysChem》：Optimizing g-CN-Based Acceptor Materials Through Density Functional Theory-Driven Bandgap Engineering for High-Performance Solar Cells

带隙工程优化石墨相氮化碳复合材料及其光电器件应用。通过引入宽带隙有机基团实现带隙从3.65 eV降至2.26 eV，并利用90°结构排列降低载流子复合率。

　　

摘要

石墨碳氮化物（g-C$$N$$）是一种非金属半导体，在能量转换和存储领域受到了广泛关注。其之所以受到重视，是因为它具有优异的性能，包括适中的带隙、高热稳定性和化学稳定性、成本效益以及理想的导带和价带位置。在这项研究中，我们设计并研究了一系列将g-C$$N$$薄片与各种有机基团结合的复合材料。将g-C$$N$$薄片与宽带隙有机分子结合（我们将其称为“复合材料”）可以降低复合材料的带隙。有趣的是，g-C$$N$$薄片与有机基团结合后的带隙从3.65?eV降低到了2.26?eV。在所有复合材料中，g-C$$N$$?4的带隙最低（2.26?eV），这使其具有优异的光学和电子性能。此外，g-C$$N$$薄片与有机分子平面之间的夹角约为90°，从而最小化了电子-空穴对的复合速率。通过强调这些复合材料的带隙工程，本研究提供了一种通过引入外来有机基团来增强光电活性的策略。

图形摘要

通过将g-C₃N₄与宽带隙有机基团共价结合，实现了对其带隙的调控。密度泛函理论（DFT）和时依赖密度泛函理论（TD-DFT）的计算表明，这些复合材料的带隙显著降低（从3.65?eV降至2.26?eV），电荷分离能力增强，吸收峰红移，重组能降低，使其成为高性能太阳能电池的有希望的受体材料。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可在本文的补充材料中找到。