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High‐Throughput Screening of High‐Entropy Fluorite‐Type Oxides as Potential Candidates for Photovoltaic Applications

Kumbhakar, Mukesh; Khandelwal, Anurag 1; Jha, Shikhar Krishn; Kante, Monaha Veerraju 1; Keßler, Pirmin 2,3; Lemmer, Uli 2,3; Hahn, Horst 1; Aghassi-Hagmann, Jasmin ORCID iD icon 1; Colsmann, Alexander ORCID iD icon 4; Breitung, Ben ORCID iD icon 1; Velasco, Leonardo; Schweidler, Simon ORCID iD icon 1
1 Institut für Nanotechnologie (INT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Lichttechnisches Institut (LTI), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
4 Materialwissenschaftliches Zentrum für Energiesysteme (MZE), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

High-throughput (HT) synthesis and HT characterization techniques are becoming increasingly important due to the ever-increasing complexity of materials and applications of advanced functional compounds. This work reports on the high-throughput compilation of material libraries of high-entropy oxides with fluorite crystal structure and tunable band gaps to be used as, e.g., semiconductors for photovoltaic applications. The material libraries cover the high-entropy range of rare-earth oxides with 5, 6, and 7 different cations (Ce, La, Sm, Pr, Tb, Y, and Zr) in near equimolar concentrations, but also the medium entropy range with 4 cations. The atmosphere used during or after synthesis is found to have a large effect on the band gap of these materials. Multivalent rare-earth cations such as Ce/Pr/Tb enable reversible tuning of the band gap between 2.0 and 3.5 eV upon calcination under various oxidizing and reducing atmospheres. The high-entropy fluorite oxides with smaller band gaps exhibit high electron mobility and transport energy levels compatible with common solar cell architectures.

Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT)
Institut für Nanotechnologie (INT)
Lichttechnisches Institut (LTI)
Materialwissenschaftliches Zentrum für Energiesysteme (MZE)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsmonat/-jahr 06.2023
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 1614-6832, 1614-6840
KITopen-ID: 1000159952
HGF-Programm 43.31.02 (POF IV, LK 01) Devices and Applications
Weitere HGF-Programme 43.31.01 (POF IV, LK 01) Multifunctionality Molecular Design & Material Architecture
38.01.02 (POF IV, LK 01) Materials and Interfaces
Erschienen in Advanced Energy Materials
Verlag Wiley-VCH Verlag
Band 13
Heft 24
Seiten Art.-Nr.: 2204337
Vorab online veröffentlicht am 04.05.2023
Nachgewiesen in Scopus
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Web of Science
Dimensions
Globale Ziele für nachhaltige Entwicklung Ziel 7 – Bezahlbare und saubere Energie

Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000159952
Veröffentlicht am 29.06.2023
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1002/aenm.202204337
Scopus
Zitationen: 26
Web of Science
Zitationen: 28
Dimensions
Zitationen: 28
Seitenaufrufe: 233
seit 29.06.2023
Downloads: 129
seit 30.06.2023
Cover der Publikation
KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft
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