Two-dimensional Halide Perovskites: Tuning Electronic Activities of Defects
二维（2D）卤化物钙钛矿是纳米电子学和光电子学的有希望的候选者。为了充分发挥其潜力，重要的是要了解这些缺陷的作用，这些缺陷会强烈影响材料性能。与其他流行的二维半导体（例如过渡金属二硫属化物MX2）的缺陷通常会引起有害的陷阱，我们表明，在二维钙钛矿缺陷的电子活动是显着可调的。例如，即使具有固定的晶格取向，也可以改变合成条件以将线缺陷（边缘或晶界）从电子受体转换为无深隙态的非活性位点。我们发现，这种差异源于这些钙钛矿中的增强的离子键合相比，MX2。施主倾向于具有高形成能，并且在低卤化物化学势下难以形成有害缺陷。因此，我们揭示了2D钙钛矿中缺陷的独特性质，并提出了改进它们的实用途径。
2016-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable photostriction of halide perovskites through energy dependent photoexcitation
卤化物钙钛矿表现出巨大的光致伸缩，即，在照射时体积或形状发生变化。然而，这种现象的微观起源仍然不清楚，有光诱导晶格膨胀和收缩的实验报告。本文建立了一种基于第一性原理计算和分子轨道理论的一般方法，根据费米能级附近电子能带的轨道特征，给出了绝缘体光致伸缩的微观图像。对于卤化铅钙钛矿，我们发现，不同的价态有不同的成键特性，导致相反的加强或削弱的键取决于光激发能。总的趋势是，光在低激发能下诱导晶格收缩，而巨晶格膨胀发生在高激发能下，合理化实验报告。
2022-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical absorption of angulon in metal halide perovskites
基于改进的Devreese-Huybrechts-Lemmens模型，从理论上研究了金属卤化物钙钛矿（MHP）中角量子的光吸收，其中准粒子角量子态的形成起源于有机阳离子在MHP无机八面体笼中的旋转.我们发现当入射光子的能量与角动量的量子能级相匹配时，会出现共振光吸收峰。此外，吸收强度还取决于声子角动量的量子态。这些理论结果为研究多体环境中转动分子的角动量重新分布提供了重要的理论依据。
2023-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microstructural analysis and optical properties of Cs2BiAgBr6 halide double perovskite single crystals
采用过饱和溶液晶化法生长了无铅钙钛矿型Cs2 BiAgBr 6单晶。经XRD和EBSD表征，双钙钛矿单晶体具有立方Fm-3 m对称性，晶格常数a = 11.20 Ω.基于单晶X射线衍射分析的DFT预测表明，该材料是一种间接带隙半导体。低温（1.4 K）的光致发光光谱表明，对应于两个最低的计算间接和一个直接的带-带跃迁的三个加宽的频带。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The impact of the halide cage on the electronic properties of fully inorganic caesium lead halide perovskites
通过混合和完全无机化合物的合金化制备了具有创纪录的功率转换效率的Percent太阳能电池。虽然混合钙钛矿的基本电子性质现在已经很好地理解，但太阳能电池性能的关键电子参数，例如完全无机钙钛矿的激子结合能，仍然是未知的。通过进行磁透射测量，我们确定与高精度的激子结合能和约化质量的完全无机CsPbX $_3$钙钛矿（X=I，Br，和这些合金）。带隙随温度在$4-270$ 1，K范围内的良好表现（连续）演变表明完全无机钙钛矿不像它们的混合对应物那样经历结构相变。实验测定的介电常数表明，在低温下，当有机阳离子的运动被冻结时，对于混合和无机钙钛矿，介电屏蔽机制基本上是相同的，并且由铅-卤化物笼内原子的相对运动主导。
2017-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spinodal Decomposition-Enabled Halide Perovskite Double Heterostructure with Reduced Fröhlich Electron-Phonon Coupling
外延III-V族半导体异质结构是现代微电子学、电光学和光电子学中的关键部件。卤化物钙钛矿材料具有优异的半导体性能，是相干异质结构器件的有前途的候选者。在这篇报告中，提出并实验实现了在卤化物钙钛矿体系中制备外延双异质结构的亚稳分解。采用化学气相沉积法，通过范德华外延制备了纯的混合卤化物钙钛矿外延棒和薄膜。在室温下，应用光子作为旋钮来调节亚稳分解和经典粗化的动力学。通过这种方法，卤化物钙钛矿双异质结构被创建携带外延界面和突出的光学性能。在共格卤化物双异质结构中发现了减少的Fröhlich电子-声子耦合，这被假设归因于广泛存在于III-V族双异质结构中的经典声子限制效应。在卤化物钙钛矿中开发相干双异质结构的能力为探索用于高性能和低成本光电子学、电光学和微电子学的基于卤化物钙钛矿的量子阱和超晶格铺平了道路。
2016-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Ionization energy as a stability criterion for halide perovskites
杂化有机-无机卤化物钙钛矿的不稳定性阻碍了它们在光伏应用中的发展。第一性原理计算用于评估混合卤化物钙钛矿的分解反应焓，这与实验观察到的器件特性的退化有关。然而，缺乏用于预测卤化物钙钛矿的稳定性的简单标准，因为Goldschmidt的公差和八面体几何因子不能完全捕获那些钙钛矿的可成形性。在本文中，我们扩展了Born-Haber循环划分成晶格，电离和分子化能量组件的各种钙钛矿结构的反应焓。对反应焓的各种贡献的分析指出分子的电离能和笼作为预测混合卤化物钙钛矿稳定性的化学趋势的附加标准。讨论了寻找具有改进的化学稳定性的新的钙钛矿结构以用于光伏应用的前景。
2016-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Parity-Forbidden Transitions and Their Impacts on the Optical Absorption Properties of Lead-Free Metal Halide Perovskites and Double Perovskites
采用密度泛函理论计算方法，分析了无铅金属卤化物钙钛矿（AB $^{2+}$ X $_3$）和双钙钛矿（AB $^+$ B $^{3+}$ X $_6$）（A = Cs或单价有机离子，B $^{2+}$ =非Pb二价金属，B $^+$ =单价金属，B $^{3+}$ =三价金属，X =卤素）的光吸收特性.我们表明，如果B $^{2+}$不是Sn或Ge，则无铅金属卤化物钙钛矿由于其间接带隙性质而表现出差的光学折射率。在九种可能类型的无铅金属卤化物双钙钛矿中，六种具有直接带隙。在这六种类型中，有四种在带边之间显示出反转诱导的宇称禁戒或弱跃迁，使得它们对于薄膜太阳能电池应用不是理想的。只有一种类型的无Pb双钙钛矿显示出适合于太阳能电池应用的光吸收和电子性质，即具有B $^+$ = In，Tl和B $^{3+}$ = Sb，Bi的那些。我们的研究结果提供了重要的见解，设计新的金属卤化物钙钛矿和双钙钛矿的光电应用。
2017-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Probing local coordination and halide miscibility in single-, double-, and triple-halide perovskites using EXAFS
Wellesley College（韦尔斯利学院）；MAX IV Laboratory, Lund University（隆德大学 MAX IV 实验室）；Olin College of Engineering（奥林工程学院）
研究单、双、三卤化物钙钛矿中卤化物混溶性和局部配位，通过EXAFS分析揭示三卤化物钙钛矿的混溶机制及卤化物配位作用。
2026-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Lattice Energy Reservoir in Metal Halide Perovskites
提出卤化物钙钛矿中晶格能量库（LER）的新理论，阐明其通过影响载流子动力学提升器件性能，并解释了其优于传统半导体的光电特性及多种反常现象。
2024-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Orientational migration of halide ion in lead halide perovskites
随着卤化铅钙钛矿太阳能电池的快速发展，有相当多的证据表明，移动离子强烈影响其性能。然而，除了活化能，离子迁移的其他性质大多是探索与第一性原理计算。本文研究了溴化铅钙钛矿单晶微片中卤离子（空位）的迁移。与传统的研究与外部偏置电压，我们引入内置的电位到微孔板通过低能电子束和研究相应的离子迁移。通过沿特定晶面排列电位，在每个电池的未辐照中心处观察到Pb 2+还原为Pb 0，首次证明卤离子的迁移具有优先方向。我们的观察结果与最近的理论模型相一致，并将为提高钙钛矿太阳能电池的性能开辟一条新的途径。
2018-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Gate-induced insulator to band-like transport transition in organolead halide perovskite
了解有机铅卤化物钙钛矿中的本征电荷输运对于开发高效光电子器件和其他光电子器件至关重要。尽管有机铅卤化物钙钛矿在光伏和光电应用中的快速发展，但这些材料中的本征载流子传输仍然难以捉摸，部分原因是制造电气器件和获得良好电接触的困难。在这里，我们报告的有机铅卤化物钙钛矿微板与单层石墨烯作为低势垒电接触的制造。一个系统的电荷输运研究揭示了绝缘体带状运输转变。我们的研究表明，从绝缘体到类能带的输运转变依赖于有机铅卤化物钙钛矿微片的正交到四方相变温度和缺陷密度。我们的研究结果不仅对电荷传输行为的基本理解很重要，而且还为基于有机铅卤化物钙钛矿的光电子学和光电应用提供了有价值的实际意义。
2016-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Stability Engineering of Halide Perovskite via Machine Learning
钙钛矿稳定性是当前钙钛矿太阳能电池研究和应用的核心重点和难点。然而，在过去的一个世纪里，钙钛矿的可成形性和稳定性仍然依赖于基于人类知识的简化因子，例如常用的公差因子t。将机器学习与第一性原理密度泛函计算相结合，提出了一种先计算与热力学稳定性密切相关的354种卤化物钙钛矿的分解能，建立分解能与组分离子半径之间的机器学习关系，并研究了14，190种卤化物双钙钛矿的稳定性. ML预测结果使我们能够重新发现一系列稳定的稀土金属卤化物钙钛矿（多达1000种），表明该模型的推广，并进一步为提高混合钙钛矿的稳定性提供元素和浓度建议。
2018-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Photo-physics of Hybrid Metal Halide Perovskite Semiconductor Thin Films: Application in Photovoltaic
本研究聚焦混合金属卤化物钙钛矿半导体薄膜的光物理特性，探究其在太阳能电池领域的应用，为相关光伏器件研发提供光物理层面的理论支撑。
2023-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Crystal structure prediction of (quasi-)two-dimensional lead halide perovskites
针对二维卤化铅钙钛矿薄膜结构实验测定困难的问题，提出一种晶体结构预测算法，利用自动生成的经典势快速获取结构以支持第一性原理研究和高通量虚拟筛选。
2023-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous flexoelectricity in cubic lead-halide perovskite MAPbBr$_3$
本研究通过光学与电荷输运测量发现，立方 MAPbBr$_3$ 中自发应变畴界面处的局域挠曲电极化是其优异光电性质的微观来源。
2025-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Enhanced stability of 2D organic-inorganic halide perovskites by doping and heterostructure engineering
有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池由于其低成本制造、灵活性和高功率转换效率而最近引起了人们的广泛关注。从三维到二维（2D）的减少为调整有机-无机卤化物钙钛矿的电子性质提供了令人兴奋的机会。在这里，我们提出了第一性原理密度泛函理论为基础的路线，研究降维，杂质掺杂，异质结构工程的能量稳定性，带隙和输运性质的2D杂化有机-无机卤化物钙钛矿的影响。我们表明，二维有机-无机卤化物钙钛矿的能量稳定性可以显着提高化学沉积二硫化钼单层作为前体的系统中的异质结构工程。虽然一方面，这些结构具有与它们的体对应物相似的和优异的输运性质，但另一方面，它们具有宽范围的可调谐带隙的优点。我们的预测将加快未来的努力（包括理论和实验）在高性能钙钛矿的合成，测量和应用。
2018-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Impact of Metal ns2 Lone Pair on Luminescence Efficiency in Low-Dimensional Halide Perovskites
基于第一性原理计算，我们发现化学活性金属ns 2孤对电子在低维卤化物钙钛矿中激子弛豫和解离中起着重要作用。我们研究了几个最近发现的发光的全无机和混合有机-无机零维（0 D）锡和铅卤化物的激发态性质。结果表明，尽管Sn和Pb卤化物钙钛矿的基态电子结构相似，但Sn 2+的化学活性越高，其激发态结构畸变越大，斯托克斯位移越大.增强的斯托克斯位移阻碍了激发能传输，这减少了缺陷的能量损失并增加了光致发光量子效率（PLQE）。ns 2金属阳离子在0 D卤化物钙钛矿中的存在也促进激子解离成电子和空穴极化子，特别是在全无机化合物中，其中金属-卤化物簇之间的耦合是显著的。
2019-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Halide diffusion in mixed-halide perovskites and heterojunctions
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
研究通过分子动力学模拟揭示了卤化物缺陷迁移对钙钛矿离子输运及相分离动力学的影响，发现混合卤化物中空位和间隙离子扩散增强，且异质结界面结构调控扩散行为。
2026-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Requirements for functional pn-homojunctions in lead-halide perovskite solar cells
Cui等人描述了基于铅卤化物钙钛矿的平面pn结太阳能电池的制造和表征。使用霍尔效应测量法测量的掺杂密度对于溶液处理的n型层从$N_D = 10^{12} cm^{-3}$变化到$8\times 10^{12} cm^{-3}$，对于蒸发的p型层从$N_A = 8\times 10^9 cm^{-3}$变化。虽然这些设备的性能优于它们的同类产品，但这些结果提出了三个重要的问题：（i）所报告的掺杂密度是否高到足以使器件中的静电势分布与未掺杂器件的静电势分布不同，（ii）掺杂密度是否足够高以使pn结在典型的光伏操作条件下保持完整，以及（iii）是pn-结有益于光伏性能，给出了卤化铅钙钛矿的典型性质。
2019-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
From latent ferroelectricity to hyperferroelectricity in alkali lead halide perovskites
使用第一性原理计算，我们表明，几个碱金属铅卤化物潜在地提出集体铁电极化。这应该至少发生在纳米级;它可以被宏观检测到，只要它不被立方钙钛矿相的稳定温度范围内的晶格振动所掩盖。对于钾铅卤化物和碱金属铅氟化物，显着的，铁电行为变成超铁电，这表明一个更强大的铁电极化，尽管去极化电位引起的表面或界面上的电荷积累。
2020-03-06 cond-mat.mtrl-sci
High Open-Circuit Voltages in Lead-Halide Perovskite Solar Cells - Experiment, Theory and Open Questions
卤化铅钙钛矿的最显著的特征之一是它们具有缓慢复合的能力，尽管这些材料大多在室温下从溶液中加工。当在太阳能电池中使用铅卤化物钙钛矿层时，缓慢的复合允许实现高的开路电压。该观点讨论了我们对铅卤钙钛矿中复合和开路电压的理解和实验数据的最新水平。一个特别的重点放在开放的问题，社区必须解决设计未来的光伏和光电子器件的基础上铅卤化物钙钛矿和其他半导体具有类似的性能。
2019-03-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dynamic Shortening of Disorder Potentials in Anharmonic Halide Perovskites
卤化物钙钛矿是表现出尖锐的光学吸收边缘和小的Urbach能量的半导体，允许在薄膜光伏器件中有效地收集太阳光。然而，卤化物钙钛矿还表现出大的核非谐效应和无序，这对于高效光电材料是不寻常的，并且鉴于指示少量无序的小Urbach能量而难以合理化。为了解决这一重要问题，本文采用分子动力学和密度泛函理论研究了不同类型卤化物钙钛矿中由核动力学引起的电子态无序势.我们发现，由于钙钛矿中的核运动，无序势被动态缩短，使得它是短程相关的，这被示出为导致有利的带边能量分布。这种动态机制允许尖锐的光学吸收边缘和小的Urbach能量，这是任何太阳能吸收材料的高度期望的特性。
2019-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Carrier thermalization and zero-point bandgap renormalization in halide perovskites from the Urbach tails of the emission spectrum
通过对卤化物钙钛矿的发射光谱的分析，我们发展了研究温度相关的局域化、热化以及声子散射对激子的影响的技术。激子Urbach边缘，当推断从低能量尾巴的温度相关的发光光谱，被证明是敏感的电子分布和热化。设计了一种方法来观察Urbach焦点的卤化物钙钛矿激子间隙的温度依赖性是反常的。的零点带隙重整化的值被推断为约33毫电子伏。带隙重整化的这个小值排除了小极化子的形成，并表明电子-声子耦合较弱。实验是在原型卤化物钙钛矿CsPbBr $_3$的纳米片上进行的。
2022-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Low-frequency lattice phonons in halide perovskites explain high defect tolerance toward electron-hole recombination"
卤化物钙钛矿在照射时表现出慢的非辐射电子-空穴复合速率。Chu等人[Sci. Adv. 6 7，eaaw 7453（2020）]使用第一原理模拟的结果来论证这是由晶体振动的性质引起的，并导致Shockley-Read-Hall理论的崩溃。我们强调他们的方法和分析缺陷的载体捕获晶体半导体中的点缺陷。
2020-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Orbital Engineering in Three Dimensional Halide Perovskites towards Two Dimensional Properties with Strong Anisotropy
双钙钛矿A2 B（I）B（III）X6（A=一价阳离子; B（I）/B（III）=金属阳离子; X =卤素）作为无Pb（II）替代物的发现引起了广泛关注，使得可以引入d-区金属阳离子（例如，d 0和d10）转化为卤化物钙钛矿。然而，目前，有相当有限的见解为d-区金属阳离子为基础的卤化物钙钛矿的潜在的成键轨道。在这里，我们提出了一种轨道工程策略，通过合理控制金属阳离子的d轨道与卤化物p轨道杂化，在三维（3D）卤化物钙钛矿中构建二维（2D）电子结构。以Cs_2Au（I）Au（III）I_6为例，利用第一性原理计算，证明了通过两种不同d轨道构型的金属阳离子的结合，可以同时实现导带和价带的平坦化.预测的载流子迁移率在Cs2 Au（I）Au（III）I6中沿面内和面外方向显示出巨大的各向异性，进一步证实了2D电子性质。此外，还观察到了各向异性的静态双电子常数和杨氏模量。更重要的是，发现Cs2 Au（I）Au（III）I6在卤化物钙钛矿中具有优异的机械柔性和超小的剪切模量。我们的工作为实现三维卤化物钙钛矿的低维电子特性提供了有价值的指导。
2019-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Transversal Halide Motion Intensifies Band-To-Band Transitions in Halide Perovskites
尽管它们令人困惑的振动特性，包括强烈的非谐性和热无序的签名已经在室温附近，卤化物钙钛矿表现出良好的光电性能的应用在光电子学和超越。然而，这些振动特性对它们的光电特性是有利的还是有害的，仍然是一个重要的悬而未决的问题。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学方法研究了立方结构CsPbBr $_3$的有限温度光电性质。结果表明，与卤化物钙钛矿相关联的动态灵活性，使所谓的横向性，这表现为大的卤化物位移垂直于Pb-Br-Pb键合轴的偏好。我们发现，横向是并发的振动非谐性，并导致一个快速上升的联合态密度，这是有利的photoprophics，因为这意味着尖锐的光学吸收剖面。这些研究结果与PbTe的情况形成对比，PbTe是一种与CsPbBr $_3$共享几个关键特性但不能表现出任何横向性的材料，因此，发现其表现出更宽的带边分布。我们的结论是，卤化物钙钛矿的动态结构的灵活性和他们的不寻常的振动特性可能不仅仅是一个巧合，但在建立其良好的光电性能发挥了积极的作用。
2022-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Solvent-antisolvent interactions in metal halide perovskites
本文聚焦金属卤化物钙钛矿溶剂工程制备中的溶剂-反溶剂相互作用，梳理结晶过程研究现状，结合Hansen溶解度参数提出反溶剂选择指南，指出该领域待解决问题与研究方向。
2024-04-17 cond-mat.mtrl-sci
How Lattice and Charge Fluctuations Control Carrier Dynamics in Halide Perovskites
在这里，我们开发了一个微观的方法，旨在描述一套有关的载流子输运的物理效应，和卤化物钙钛矿的光学性质。我们的理论是基于对核动力学的所有订单的描述，并在描述载流子动力学和带隙特性超越了线性电子-声子耦合的共同假设。当结合第一性原理计算和应用到原型MAPbI $_{3}$系统，我们的理论解释了看似不同的实验结果与电荷载流子迁移率和光吸收特性，包括它们的温度依赖性。我们的研究结果表明，铅卤化物结构中的轨道重叠波动在确定卤化物钙钛矿的光电特性中起着重要的作用。
2018-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Highly Luminescent Bulk Quantum Materials Based on Zero-Dimensional Organic Tin Halide Perovskites
首次开发出基于零维（0D）无铅有机锡卤化物钙钛矿的体量子材料，由于激发态结构重组，在室温下产生宽带高斯形状和强斯托克斯位移发射，量子效率高达近1。
2017-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Aziridinium lead iodide: a stable, low bandgap hybrid halide perovskite for photovoltaics
$A$位点分子的低电离能是一个非常重要的因素，其决定了$A$ PbI $_3$混合卤化物钙钛矿的晶体稳定性，而分子的尺寸决定了室温下的稳定相，并最终决定了带隙。对于PbI $_3$笼而言，实现低电离能和合理尺寸以规避混合卤化物钙钛矿固有的稳定性问题是具有挑战性的。在这里，我们提出了一种新的三元带电环自由基，它表现出低的电离能，使其相应的钙钛矿和合理的阳离子大小，转化为光伏应用的合适的带隙的良好稳定性。我们使用从头计算来评估所提出的卤化物混合钙钛矿的晶体结构的多态性，其稳定性和电子性质相比，主流钙钛矿，如甲基铵和甲脒碘化铅。我们的研究结果强调了范德华相互作用对于预测钙钛矿与六方晶体结构的正确多态性的重要性。
2017-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Light-Emitting Diodes based on Metal Halide Perovskite and Perovskite Related Nanocrystals
Zhengzhou University（郑州大学）；Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Shanxi University（山西大学）；Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工学院）
本研究综述了基于金属卤化物钙钛矿和相关纳米晶的LEDs的发展历程、制备策略及应用前景，探讨了其发光机制与未来挑战。
2025-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of Pb-I deficient lead halide perovskites
利用密度泛函理论研究了通式为$(A,A')_{1+x}M_{1-x}X_{3-x}$的缺卤钙钛矿的电子结构演化。重点放在表征的带隙，能带对准，有效质量和光学性能的缺陷钙钛矿在各种浓度的缺陷的变化。我们发现不寻常的电子性质的缺陷对应于一个$M\!-\!X$空缺填充一个$A'$阳离子。该缺陷“排斥”电子和空穴，不产生陷阱态，并且在中等量（$x\le0.1$）下，不妨碍材料的电荷传输性质。这种行为是合理的使用限制模型，并提供了一个额外的洞察卤化物钙钛矿的缺陷容限。
2019-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Low energy paths for octahedral tilting in inorganic halide perovskites
与协同八面体倾斜相关的不稳定性在具有钙钛矿结构的材料中是常见的，并且特别是在卤化物钙钛矿的子类中。本文采用第一性原理密度泛函理论研究了无机金属卤化物钙钛矿化合物CsPbI $_3$和CsSnI $_3$中八面体倾斜的能量学。几个低能量的路径之间的对称性等价变体的稳定的正交（\textit{Pnma}）钙钛矿变体的确定和研究。结果支持了无机卤化物钙钛矿八面体倾斜相变中存在动力学无序的观点。特别是，一个特定类型的路径，对应于一个异相的“倾斜开关”，被发现有显着较低的能量势垒比其他的，这表明存在一个温度范围内的动态波动的八面体只遵循这种类型的路径。这可能会产生一个时间平均的结构对应于中间四（\textit{P4/mbm}）结构中观察到的实验。指出并讨论了目前常用的简单一维“双阱”势在描述八面体动力学过程中的缺陷。
2018-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Broad Distribution of Local I/Br Ratio in Illuminated Mixed Halide Perovskite Films Revealed by Correlative X-ray Diffraction and Photoluminescence
通过相关X射线衍射和光致发光实验研究了混合卤化物钙钛矿MAPb（BrxI 1-x）3在全组分范围内的光致相分离。
2021-01-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Lead-Free Halide Double Perovskites via Heterovalent Substitution of Noble Metals
铅基卤化物钙钛矿是下一代光电子学最有前途的一类材料。然而，尽管铅卤化物钙钛矿太阳能电池取得了巨大的成功，但稳定性和毒性问题尚未得到解决。在这里，我们报告的计算设计和实验合成的一个新的家庭的无铅无机卤化物双钙钛矿铋或锑和贵金属的基础上。使用第一性原理计算，我们表明，这个迄今为止未知的钙钛矿家族表现出非常有前途的光电性能，如在可见光范围内的可调带隙和低载流子有效质量。此外，我们成功地合成了双钙钛矿Cs2 BiAgCl 6，我们使用单晶X射线衍射进行结构细化，并通过光吸收和光致发光测量表征其光学性质。这种新的钙钛矿属于Fm-3 m空间群，由BiCl 6和AgCl 6八面体交替组成，具有岩盐面心立方结构。从UV-Vis和PL测量，我们得到的间接间隙为2.2 eV。这种新化合物在环境条件下非常稳定。
2016-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Highly ordered lead-free double perovskite halides by design
无铅双钙钛矿卤化物是新兴的光电材料，是铅基钙钛矿卤化物的替代品。最近，单晶双钙钛矿卤化物的合成，并展示了其有趣的功能特性。尽管有这些开创性的工作，但具有更好结晶度的无铅双钙钛矿卤化物仍然需要应用于新型光电子器件。在这里，我们实现了高度结晶的Cs2AgBiBr6单晶，在微观尺度上具有明确的原子有序性。我们通过控制水热合成中的初始化学环境，避免了Ag空位的形成和随后的次级Cs3Bi2Br9。Ag空位的抑制使我们能够降低生长晶体中的陷阱密度，并进一步提高载流子迁移率。我们的设计策略也适用于制备其他高结晶度的无铅卤化物材料。
2020-06-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Chemical Mapping of Excitons in Halide Double Perovskites
本研究通过GW和Bethe-Salpeter方程计算，揭示了卤化物双钙钛矿中激子结合能随阳离子组合变化跨越多个数量级，并基于DFT电子结构提出了预测激子性质的化学规则。
2023-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Effective model for studying optical properties of lead-halide perovskites
我们使用一般的基于量子力学的参数来构建一个有效的模型，适用于研究铅卤化物钙钛矿的光学性质。为了建立模型，我们确定了一个原子级的电磁场之间的相互作用和自旋自由度，应添加到最小耦合$\mathbf{k\cdot p}$哈密顿量。作为第一个应用，我们研究了材料的两个基本光学特性：费尔德常数和折射率。除了材料的这些线性特性之外，该模型还适用于计算非线性效应，如三阶光学极化率。对该量的分析表明，自旋-电项的几何性质意味着系统的各向同性光学响应，并且卤化铅钙钛矿的光学各向异性是载流子跳跃的表现。为了说明这一点，我们讨论三次谐波产生。
2023-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Quantum Efficiency Enhancement of Lead-Halide Perovskite Nanocrystal LEDs by Organic Lithium Salt Treatment
表面缺陷钝化是实现卤化铅钙钛矿纳米晶体的高光致发光量子产率的关键。然而，在钙钛矿发光二极管中，这些表面配体还必须能够使平衡的电荷注入到纳米晶体中，以产生高效率和工作寿命。在这方面，已报道碱性卤化物钝化表面陷阱态并增加钙钛矿发光体的整体稳定性。一方面，将碱性离子掺入卤化铅钙钛矿晶体结构中被认为是为了平衡阳离子空位，而另一方面，过量的卤化物被认为是稳定胶体。在这里，我们报告了一种有机锂盐，即LiTFSI，作为钙钛矿纳米晶体上的无卤化物表面钝化。我们表明，处理LiTFSI对卤化铅钙钛矿纳米晶体和由其衍生的LED具有多种有益的影响。我们获得了更高的光致发光量子产率和更长的激子寿命，以及更有利于光外耦合的辐射图案。配位体诱导的偶极子在表面上移动其能级向较低的空穴注入势垒。总的来说，这些效应使概念验证LED结构的外部量子效率提高了四到七倍，这取决于所使用的卤化铅钙钛矿发光体的颜色。
2022-03-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Local polar fluctuations in lead halide perovskite crystals
混合铅-卤化物钙钛矿已经成为一类优秀的光伏材料。最近的报告表明，有机分子阳离子是负责当地的极性波动，抑制载流子复合。我们结合低频拉曼散射与第一性原理分子动力学（MD）研究这些局部极性波动的基本性质。我们在混合（CH $_3$ NH $_3$ PbBr $_3$）和全无机（CsPbBr $_3$）卤化铅钙钛矿中观察到强中心峰，表明非谐局部极性波动是一般卤化铅钙钛矿结构所固有的，而不是偶极有机阳离子所特有的。分子动力学模拟表明，头对头Cs运动耦合Br面膨胀，在几百飞秒的时间尺度上，驱动局部极性波动CsPbBr $_3$。
2017-02-10 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations of defects in metal halide perovskites: a performance comparison of density functionals
金属卤化物钙钛矿半导体具有优异的光电性能。虽然这些钙钛矿在电子上是缺陷容忍的，但缺陷会妨碍它们的长期稳定性并导致退化。密度泛函理论（DFT）计算是揭示缺陷的微观结构的重要工具，但是结果受到DFT泛函中使用的不同近似的影响。在金属卤化物钙钛矿的情况下，已经报道了具有不同泛函的定性不同的结果，预测空位或间隙点缺陷是最主要的。在这里，我们进行了广泛的泛函计算的平衡缺陷形成能量和点缺陷的原型金属卤化物钙钛矿，MAPbI $_3$的浓度进行了全面的比较。我们发现，它是必不可少的，包括远程范德瓦尔斯相互作用的功能，这是至关重要的，以自我一致的优化结构和体积的所有化合物参与缺陷的形成。为了计算平衡形成能量的点缺陷的MAPbI $_3$和类似的金属卤化物钙钛矿，我们认为，所涉及的物种的化学势的精确值，或本征费米能级，是不重要的。与简单的Schottky或Frenkel图相比，我们发现主要缺陷是MA和I空位以及Pb空位。
2021-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Dynamical tilting in halide perovskites
天然钙钛矿和人工合成钙钛矿由于其独特的物理性质，如超导性、铁电性和光活性，成为广泛应用的功能材料。这些性质中的许多与八面体单元的静态或动态运动有关;然而，目前缺乏对钙钛矿晶体结构，化学键和物理性质之间关系的充分理解。一些研究表明，存在由八面体单元的非谐运动产生的动态无序，例如在卤化物钙钛矿结构中。在这项工作中，我们推导出所有可能的空间群简单的钙钛矿$\rm ABX_3$与动态八面体倾斜。导出的空间群扩展了[Glazer，A. Acta Cryst. B 1972，28，3384-3392; Aleksandrov，K. Ferroelectrics1976，24，801-805; Howard，C.J.，Stokes，H. T. Acta Cryst.B1998，54，782-789]。我们通过分析最近的科学出版物中报道的钙钛矿的结构数据，证明了动态倾斜的普遍性，并讨论了相应结构中动态倾斜的签名。最后，我们讨论了动力学无序对卤化物钙钛矿物理性质的可能影响。
2022-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Discovery of Ferroelectric Twin Boundaries in a Photoactive Halide Perovskite
Monash University（莫纳什大学）；University of Oxford（牛津大学）
在光活性卤化物钙钛矿中发现铁电双晶界，揭示其非极性晶格中隐藏的铁电功能，为提升导电性和光伏性能提供新途径。
2026-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Materials Discovery of Stable and Nontoxic Halide Perovskite Materials for High-Efficiency Solar Cells
用于太阳能电池的有机-无机卤化铅钙钛矿材料的两个关键限制是它们在潮湿环境中的稳定性差和包含有毒铅。在这项研究中，高通量的密度泛函理论（DFT）方法被用来计算模型和筛选1845卤化物钙钛矿在寻找新材料没有这些限制，是有前途的太阳能电池应用。这项研究的重点是寻找由无毒元素组成的材料，在潮湿的工作环境中稳定，并且具有单结，串联硅钙钛矿或量子点的太阳能电池之一的最佳带隙。单结材料也筛选预测的单结光伏（PV）效率超过22.7%，这是目前报道的最高的卤化物钙钛矿的PV效率。通常，这些方法定性地再现了已知的有希望的无毒卤化物钙钛矿的性质，所述无毒卤化物钙钛矿已经通过实验评估或从理论预测。从一组1845种材料中，15种材料通过了单结电池应用的所有筛选标准，其中13种以前没有研究过，例如（CH 3 NH3）0.75Cs0.25SnI3、（（NH 2）2CH）Ag0.5Sb0.5Br3、CsMn0.875Fe0.125I3、（（CH 3）2NH 2）Ag0.5Bi0.5I3和（（NH 2）2CH）0.5Rb0.5SnI3。这些材料，连同本研究中预测的其他材料，可能是稳定，高效，无毒的钙钛矿基太阳能电池的有前途的候选材料。
2019-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Charge Transport in Hybrid Halide Perovskites
电荷传输对混合卤化物钙钛矿太阳能电池的性能至关重要。提出了一个基于大极化子的理论模型来解释钙钛矿中的电荷输运性质。关键的新的物理见解被纳入模型，包括acoustic声子，而不是光学声子的极化子的散射负责的解释，这些声学声子被充分激发由于“软”的钙钛矿，和温度依赖性介电函数的基础上的温度依赖性的载流子迁移率。这项工作解决了文献中的关键争议，并形成了一个起点，更严格的第一性原理预测的电荷传输。
2017-10-25 cond-mat.mtrl-sci
A study of singlet fission-halide perovskite interfaces
提高太阳能电池效率的方法是将低带隙半导体与单线态裂变材料（其在光激发后将一个高能量单线态转化为两个低能量三线态）组合。在这里，我们提出了一个单重态裂变分子和低带隙卤化物钙钛矿之间的界面的研究。我们简要地展示了一系列的实验筛选三重态转移到卤化物钙钛矿。然而，在所有情况下，三重态转移没有观察到。这促使我们更好地理解卤化物钙钛矿/单线态裂变界面进行第一性原理计算使用并四苯和碘化铯铅。我们发现，并四苯分子/薄膜优先取向平行/垂直于卤化物钙钛矿的表面，以类似的方式在其他无机半导体。我们提出的所有接口的形成能，这是显着不如散装并四苯，表明在接口处的弱相互作用。由于计算限制，不可能在整个界面处计算激子态，因此我们提出了并四苯和卤化物钙钛矿结构之间的高度推测性界面。在这些模型中，我们专注于正确复制并四苯的电子状态。我们发现，并四苯的单重态和三重态能量是可比的散装并四苯，和三重态是强烈本地化的一个单一的并四苯分子，即使在界面上。我们的工作提供了新的理解并四苯和卤化物钙钛矿之间的界面，探讨了在界面处建模激子的潜力，并开始解释直接将三重态提取到无机半导体中的困难。
2021-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Robust Bloch character at the band edges of hybrid halide perovskites
高对称性赝立方晶胞常用于模拟卤化物钙钛矿的电子结构。然而，直接比较的能带结构与更现实的低对称相位是由区折叠阻碍。我们利用谱密度技术，以减少超晶胞能带结构的一个共同的布洛赫基础。这使我们能够比较高和低对称相的电子结构，以及调查的结构和成分的无序状态附近的带边，管理运输，解离和重组的光激发的影响。
2015-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Rashba Spin-Orbit Coupling Enhanced Carrier Lifetime in Organometal Halide Perovskites
有机金属卤化物钙钛矿是下一代光伏应用的有前途的太阳能电池材料。这些材料的长载流子寿命和扩散长度使得它们对于用于光吸收器和载流子传输器非常有吸引力。虽然有机金属卤化物钙钛矿的这些方面吸引了最多的关注，但由强自旋轨道耦合驱动的Rashba效应对这些材料的光伏特性的影响在很大程度上尚未探索。在这项工作中，以甲基铵碘化铅的电子结构为例，我们提出了一个内在的机制，提高载流子寿命的三维Rashba材料。基于第一性原理计算和Rashba自旋轨道模型，我们证明了自旋禁戒跃迁降低了复合速率。这些结果对于理解有机金属卤化物钙钛矿的基本物理性质以及优化和设计具有更好性能的材料具有重要意义。所提出的机制，包括自旋自由度提供了一个新的范例，使用三维Rashba材料的光伏应用。
2015-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Interplay between organic cations and inorganic framework and incommensurability in hybrid lead-halide perovskite CH3NH3PbBr3
混合铅-卤化物钙钛矿中的有机-无机耦合是使这些新兴材料的出色光伏性能合理化的核心问题。在这里，我们比较和对比的混合CH 3 NH3 PbBr 3和无机CsPbBr 3铅卤化物钙钛矿的结构和动力学的演变与温度，使用拉曼光谱和单晶X-射线衍射。结果表明，它们的有序-无序转变之间形成鲜明对比，突然的混合，而无机钙钛矿平滑。X射线衍射观察到一个中间的无公度相之间的有序和无序相在CH 3 NH3 PbBr 3。低频拉曼散射捕获的外观的一个尖锐的软模式的无公度相，归因于理论预测的amplitudon模式。我们的工作突出了有机阳离子CH 3 NH3+和铅卤化物框架的结构动力学之间的相互作用，并揭示了有机和无机部分的倾向之间的竞争，以最大限度地减少混合钙钛矿结构的无公度相的能量。
2017-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Electronic Levels of NiO with Alkali Halides Surface Modifiers for Perovskite Solar Cells
良好的光电性能和易于制造使NiO成为钙钛矿太阳能电池的有前途的空穴传输层。为了实现最大效率，NiO的电子能级需要与钙钛矿吸收剂的电子能级最佳对齐。通过在NiO表面上吸附物种来施加表面改性剂是调节其能级的最普遍的策略之一。碱金属卤化物是一种简单的无机表面改性剂，在有机光电子学中有着广泛的应用，但在钙钛矿太阳能电池中的研究却很少。采用密度泛函理论（DFT）计算方法，研究了20种碱金属卤化物在NiO表面的单层吸附对NiO电子能级的影响.我们的研究结果表明，碱金属卤化物可以移动的位置的价带最大值（VBM）的NiO到一个令人惊讶的大范围内在两个方向上，从-3：10 eV到+1：59 eV。我们解释的方向和幅度的位移的表面偶极子，形成的吸附的阳离子和阴离子，其中的VBM位移的大小是一个单调的函数的表面覆盖。我们的研究结果表明，与碱金属卤化物表面改性剂，NiO的电子能级可以调整鲁棒性和潜在的钙钛矿太阳能电池中的许多钙钛矿组合物相匹配。
2020-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Calculating the Circular Dichroism of Chiral Halide Perovskites: A Tight-Binding Approach
本文提出DFT参数化的紧束缚模型，以低计算成本计算手性卤化物钙钛矿的圆二色性，并揭示金属卤化物层内的结构螺旋性决定CD大小，为预测新型光电材料提供了有效工具。
2023-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Resolving spatial and energetic distributions of trap states in metal halide perovskite solar cells"
Ni等人报告了最小体陷阱密度为10^11 cm-3，并且根据卤化铅钙钛矿的驱动级电容分布得出的界面陷阱密度发生了1-4个数量级的变化。从基本的静电参数，我们表明，这种体积陷阱密度不能解决的p-i-n钙钛矿太阳能电池的报告层厚度，而表观界面电荷密度的几何电容和电荷注入到钙钛矿层的后果。
2020-11-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of heterostructure engineering on electronic structure and transport properties of two-dimensional halide perovskites
有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池由于其低成本制造、灵活性和高功率转换效率而引起了人们的广泛关注。最近的努力表明，从三维到二维（2D）的有机-无机卤化物钙钛矿的减少有望提供一个令人兴奋的机会来调整其电子特性。在这里，我们探讨了降维和异质结构工程的内在材料性能，如能量稳定性，带隙和输运性能的二维混合有机-无机卤化物钙钛矿使用第一性原理密度泛函理论的效果。我们表明，能量稳定性显着增强工程钙钛矿异质结构，也具有良好的传输特性类似于他们的散装同行。这些层状化学物质还展示了宽范围的可调谐带隙和可见光谱中的高吸收系数的优点。所提出的二维异质结构材料具有用于纳米光电子器件以及有效的光电子器件的潜力。
2021-08-17 cond-mat.mtrl-sci
