Halide double perovskites based on combinations of monovalent and trivalent cations have been proposed as promising lead-free alternatives to lead halide perovskites. Among the newly synthesized compounds Cs2BiAgCl6, Cs2BiAgBr6, Cs2SbAgCl6, and Cs2InAgCl6, some exhibit bandgaps in the visible range and all have low carrier effective masses; therefore, these materials constitute potential candidates for various opto-electronic applications. Here, we use first-principles calculations to investigate the electronic properties of the surfaces of these four compounds and determine, for the first time, their ionization potential and electron affinity. We find that the double perovskites Cs2BiAgCl6 and Cs2BiAgBr6 are potentially promising materials for photo-catalytic water splitting, while Cs2InAgCl6 and Cs2SbAgCl6 would require controlling their surface termination to obtain energy levels appropriate for water splitting. The energy of the halogen p orbitals is found to control the conduction band level; therefore, we propose that mixed halides could be used to fine-tune the electronic affinity.

1.
Z.-K.
Tan
,
R. S.
Moghaddam
,
M. L.
Lai
,
P.
Docampo
,
R.
Higler
,
F.
Deschler
,
M.
Price
,
A.
Sandhanala
,
L. M.
Pazos
,
D.
Credgington
,
F.
Hanusch
,
T.
Bein
,
H. J.
Snaith
, and
R. H.
Friend
,
Nat. Nanotechnol.
9
,
687
(
2014
).
2.
J.
Suntivich
,
H. A.
Gasteiger
,
N.
Yabuuchi
,
H.
Nakanashi
,
J. B.
Goodenough
, and
Y.
Shao-Horn
,
Nat. Chem.
3
,
546
(
2011
).
3.
H.
Obayashi
,
Y.
Sakurai
, and
T.
Gejo
,
J. Solid State Chem.
17
,
299
(
1976
).
4.
A.
Kudo
,
H.
Kato
, and
S.
Nakagawa
,
J. Phys. Chem. B
104
,
571
(
2000
).
5.
A. A.
Taskin
,
A. N.
Lavrov
, and
Y.
Ando
,
Phys. Rev. B
71
,
134414
(
2005
).
6.
A. S.
Bhalla
,
R.
Guo
, and
R.
Roy
,
Mater. Res. Innovations
4
,
3
(
2000
).
7.
See http://www.nrel.gov/ncpv/ for “
Best research-cell efficiencies.
8.
G.
Xing
,
N.
Mathews
,
S.
Sun
,
S. S.
Lim
,
Y. M.
Lam
,
M.
Grätzel
,
S.
Mhaisalkar
, and
T. C.
Sum
,
Science
342
,
344
(
2013
).
9.
S. D.
Stranks
,
G. E.
Eperon
,
G.
Grancini
,
C.
Menelaou
,
M. J. P.
Alcocer
,
T.
Leijtens
,
L. M.
Herz
,
A.
Petrozza
, and
H. J.
Snaith
,
Science
342
,
341
(
2013
).
10.
H. S.
Jung
and
N.-G.
Park
,
Small
11
,
10
(
2015
).
11.
Z.
Fan
,
K.
Sun
, and
J.
Wang
,
J. Mater. Chem. A
3
,
18809
(
2015
).
12.
W.-J.
Yin
,
J.-H.
Yang
,
J.
Kang
,
Y.
Yan
, and
S.-H.
Wei
,
J. Mater. Chem. A
3
,
8926
(
2015
).
13.
E. T.
Hoke
,
D. J.
Slotcavage
,
E. R.
Dohner
,
A. R.
Bowring
,
H. I.
Karunadasa
, and
M. D.
McGehee
,
Chem. Sci.
6
,
613
(
2015
).
14.
J. S.
Manser
,
M. I.
Saidaminov
,
J. A.
Christians
,
O. M.
Bakr
, and
P. V.
Kamat
,
Acc. Chem. Res.
49
,
330
(
2016
).
15.
T. A.
Berhe
,
W.-N.
Su
,
C.-H.
Chen
,
C.-J.
Pan
,
J.-H.
Cheng
,
H.-M.
Chen
,
M.-C.
Tsai
,
L.-Y.
Chen
,
A. A.
Dubale
, and
B.-J.
Hwang
,
Energy Environ. Sci.
9
,
323
(
2016
).
16.
F.
Giustino
and
H. J.
Snaith
,
ACS Energy Lett.
1
,
1233
(
2016
).
17.
G.
Volonakis
,
M. R.
Filip
,
A. A.
Haghighirad
,
N.
Sakai
,
B.
Wenger
,
H. J.
Snaith
, and
F.
Giustino
,
J. Phys. Chem. Lett.
7
,
1254
(
2016
).
18.
M. R.
Filip
,
S.
Hillman
,
A. A.
Haghighirad
,
H. J.
Snaith
, and
F.
Giustino
,
J. Phys. Chem. Lett.
7
,
2579
(
2016
).
19.
E. T.
McClure
,
M. R.
Ball
,
W.
Windl
, and
P. M.
Woodward
,
Chem. Mater.
28
,
1348
(
2016
).
20.
A. H.
Slavney
,
T.
Hu
,
A. M.
Lindenberg
, and
H. I.
Karunadasa
,
J. Am. Chem. Soc.
138
,
2138
(
2016
).
21.
F.
Wei
,
Z.
Deng
,
S.
Sun
,
F.
Xie
,
G.
Kieslich
,
D. M.
Evans
,
M. A.
Carpenter
,
P. D.
Bristowe
, and
A. K.
Cheetham
,
Mater. Horiz.
3
,
328
(
2016
).
22.
G.
Volonakis
,
A. A.
Haghighirad
,
R. L.
Milot
,
W. H.
Sio
,
M. R.
Filip
,
B.
Wenger
,
M. B.
Johnston
,
L. M.
Herz
,
H. J.
Snaith
, and
F.
Giustino
,
J. Phys. Chem. Lett.
8
,
772
(
2017
).
23.
T. T.
Tran
,
J. R.
Panella
,
J. R.
Chamorro
,
J. R.
Morey
, and
T. M.
McQueen
,
Mater. Horiz.
4
,
688
(
2017
).
24.
G.
Volonakis
,
A. A.
Haghighirad
,
H. J.
Snaith
, and
F.
Giustino
,
J. Phys. Chem. Lett.
8
,
3917
(
2017
).
25.
J.
Zhou
,
Z.
Xia
,
M. S.
Molokeev
,
X.
Zhang
,
D.
Peng
, and
Q.
Liu
,
J. Mater. Chem. A
5
,
15031
(
2017
).
26.
E.
Greul
,
M.
Petrus
,
A.
Binek
,
P.
Docampo
, and
T.
Bein
,
J. Mater. Chem. A
5
,
19972
(
2017
).
27.
W.
Pan
,
H.
Wu
,
J.
Luo
,
Z.
Deng
,
C.
Ge
,
C.
Chen
,
X.
Jiang
,
W.-J.
Yin
,
G.
Niu
,
L.
Zhu
,
L.
Yin
,
Y.
Zhou
,
Q.
Xie
,
X.
Ke
,
M.
Sui
, and
J.
Tang
,
Nat. Photonics
11
,
726
(
2017
).
28.
J.
Luo
,
S.
Li
,
H.
Wu
,
Y.
Zhou
,
Y.
Li
,
J.
Liu
,
J.
Li
,
K.
Li
,
F.
Yi
,
G.
Niu
, and
J.
Tang
,
ACS Photonics
5
,
398
(
2018
).
29.
J. P. C.
Baena
,
L.
Steier
,
W.
Tress
,
M.
Saliba
,
S.
Neutzner
,
T.
Matsui
,
F.
Giordano
,
T. J.
Jacobsson
,
A. R. S.
Kandada
,
S. M.
Zakeeruddin
,
A.
Petrozza
,
A.
Abate
,
M. K.
Nazeeruddin
,
M.
Grätzel
, and
A.
Hagfeldt
,
Energy Environ. Sci.
8
,
2928
(
2015
).
30.
A.
Kudo
and
Y.
Miseki
,
Chem. Soc. Rev.
38
,
253
(
2009
).
31.
K.
Maeda
,
J. Photochem. Photobiol., C
12
,
237
(
2011
).
32.
J.
Haruyama
,
K.
Sodeyama
,
L.
Han
, and
Y.
Tateyama
,
J. Phys. Chem. Lett.
5
,
2903
(
2014
).
33.
G.
Volonakis
and
F.
Giustino
,
J. Phys. Chem. Lett.
6
,
2496
(
2015
).
34.
C.
Persson
,
Y.-J.
Zhao
,
S.
Lany
, and
A.
Zunger
,
Phys. Rev. B
72
,
035211
(
2005
).
35.
M. R.
Filip
,
X.
Liu
,
A.
Miglio
,
G.
Hautier
, and
F.
Giustino
,
J. Phys. Chem. C
122
,
158
(
2018
).
36.
Y.
Hinuma
,
A.
Grüneis
,
G.
Kresse
, and
F.
Oba
,
Phys. Rev. B
90
,
155405
(
2014
).
37.
C. G.
Van de Walle
and
R. M.
Martin
,
Phys. Rev. B
35
,
8154
(
1987
).
38.
M.
Crespo-Quesada
,
L. M.
Pazos-Outón
,
J.
Warnan
,
M. F.
Kuehnel
,
R. H.
Friend
, and
E.
Reisner
,
Nat. Commun.
7
,
12555
(
2016
).
39.
W. G.
Zeier
,
A.
Zevalkink
,
Z. M.
Gibbs
,
G.
Hautier
,
M. G.
Kanatzidis
, and
G. J.
Snyder
,
Angew. Chem.
55
,
6826
(
2016
).
40.
J.
Goniakowski
,
F.
Finocchi
, and
C.
Noguera
,
Rep. Prog. Phys.
71
,
016501
(
2008
).
41.
Y.-L.
Lee
and
D.
Morgan
,
Phys. Rev. B
91
,
195430
(
2015
).
42.
R.
Jacobs
,
J.
Booske
, and
D.
Morgan
,
Adv. Funct. Mater.
26
,
5471
5482
(
2016
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.