Use of Anodic TiO2 Nanotube Layers as Mesoporous Scaffolds for Fabricating CH3NH3PbI3 Perovskite-based Solid State Solar Cells
我们优化了沉积CH3NH3PbI3钙钛矿到由阳极TiO2纳米管层组成的介孔电极。通过简单的旋涂方法，获得管支架的完全填充，这导致与TiO 2管对应物共形接触的叉指型钙钛矿结构。这种组件可以用作无空穴传输材料配置的固态太阳能电池，即，管支架用作电子收集器和阻挡层，而钙钛矿用作可见光吸收剂和空穴传输材料。我们表明，用钙钛矿完全填充管支架对于提高太阳能电池效率至关重要。
2016-10-17 cond-mat.mtrl-sci
A General Approach to High Efficiency Perovskite Solar Cells by Any Antisolvent
抗溶剂工程法制备钙钛矿薄膜是钙钛矿光致发光研究中最常用的方法之一。在此，我们报告了一种通用方法，该方法允许通过任何反溶剂通过操纵反溶剂应用率来制造高效的钙钛矿太阳能电池。通过对14种不同反溶剂制备的钙钛矿层进行详细的结构、组成和微观结构表征，我们确定了影响钙钛矿活性层质量的两个关键因素：有机前体在反溶剂中的溶解度及其与钙钛矿前体溶液的主溶剂的相容性。根据这两个因素，每种反溶剂都可以用于生产高性能器件，达到超过21%的功率转换效率（PCE）。此外，我们证明，通过采用最佳的反溶剂应用程序，高效的太阳能电池可以制造从广泛的前体化学计量，无论是一个显着过量或不足的有机碘化物。
2021-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Persistent photovoltage in methylammonium lead iodide perovskite solar cells
对甲基铵碘化铅（CH3NH3PbI3）钙钛矿太阳能电池进行开路电压衰减测量以研究载流子复合动力学。将测量结果与基于P3HT：PC60BM和PTB7：PC70BM共混物的两种参考聚合物-富勒烯本体异质结太阳能电池进行比较。在钙钛矿器件中，发现了电压衰减的两个非常不同的时域，第一个下降在短时间尺度上，这与有机太阳能电池相似。然而，也观察到两个主要差异。最大光电压的65 - 70%持续更长的时间尺度，并且复合动力学取决于光照强度。
2014-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling a Structure-Property Relationship for Methylammonium Lead/Tin Trihalide Organic-Inorganic Hybrid Perovskite Solar Cells
揭示了分子间氢键相互作用对设计新型甲基三卤化铵有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池材料的重要性，建立了计算的Y和Y之间统一的结构-性能关系。H分子间氢键距离和实验报告的光学吸收（带隙）的10元甲基铵三卤化铅（CH3NH3PbY3）钙钛矿太阳能电池系列，其中Y = X（X = Cl，Br，I）和混合卤素衍生物的体几何形状的开始。对于十元甲基铵锡三卤化物（CH3NH3SnY3）钙钛矿太阳能电池系列也揭示了相同的关系。这种关系明确地表明，分子间氢键相互作用不仅使上述材料具有光电子应用的功能，而且还可以部分解决经常争论的问题CH 3NH 3+有机阳离子所起的作用。
2017-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Structural and optoelectronic properties of the inorganic perovskites AGeX3 (A = Cs, Rb; X = I, Br, Cl) for solar cell application
用第一性原理方法预测了无机锗基卤化物钙钛矿化合物AGeX 3（A = Cs，Rb; X = I，Br，Cl）的结构、电子和光学性质。特别是，绝对电子能带水平计算使用两个不同的表面终端的每种化合物，再现实验频带对齐。
2018-10-05 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
Semitransparent perovskite solar cells with an evaporated ultra-thin perovskite absorber
本文采用共蒸发工艺制备10 nm超薄CsPbI3钙钛矿薄膜，实现VOC 1.08 V、FF 80%、效率3.6%且AVT>50%的半透明电池，为超薄钙钛矿器件首次报道。
2024-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Quantification of mobile ions in perovskite solar cells with thermally activated ion current measurements
本文提出热激活离子电流（TAIC）测量技术，可在单次温度扫描中定量钙钛矿太阳能电池中移动离子的密度、扩散系数和激活能，并成功区分MAPbI3与三阳离子器件中的离子迁移特性。
2025-08-26 cond-mat.mtrl-sci
CsCl seed layer homogenizes co-evaporated perovskite growth for high-efficiency fully textured perovskite-silicon tandem solar cells
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie（亥姆霍兹柏林材料与能源中心）；Department of Chemistry, Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学化学系）；Department of Interface Science, Fritz Haber Institute of the Max Planck Society（马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所界面科学部）；Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Technical University Berlin（柏林工业大学电气与计算机工程学院）
CsCl种子层提升共蒸发法钙钛矿薄膜质量，使叠层太阳能电池效率达30.3%
2025-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Material selection method for a perovskite solar cell design based on the genetic algorithm
在这项工作中，我们提出了一种方法，选择最理想的材料组合的钙钛矿太阳能电池设计利用遗传算法。基于甲基铵卤化铅（CH3NH3PbX3）的太阳能电池由于其高吸收系数和尖锐的Urbach尾、长扩散长度和载流子寿命以及高载流子迁移率的优点而吸引研究人员。然而，它们在暴露于水分下的差的稳定性仍然构成挑战。在我们的工作中，我们分配的稳定性指数，功率转换效率指数，和成本效益指数为每种材料的基础上，在文献中可用的实验数据，我们的算法确定的TiO 2/CH3NH3PbI2.1Br 0.9/Spiro-OMeCl2作为最好的平衡解决方案的成本，效率和稳定性。所提出的方法可以进一步扩展，以帮助在全钙钛矿多结太阳能电池设计的材料选择，因为更多的数据钙钛矿材料成为在未来可用。
2020-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Prospects for market-specific design of Perovskite-Silicon tandem solar cells
本文通过校准数值模拟评估不同地区年度能量产出，发现最优顶电池带隙受地域影响很小，且相比SQ分析可将钙钛矿目标衰减速率放宽两倍。
2025-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Phase Segregation on the Hysteresis of Perovskite Solar Cells
本研究通过数值模拟探讨了空间非均匀性对钙钛矿太阳能电池J-V迟滞的影响，并基于离子密度和有效载流子寿命将器件退化与迟滞趋势相关联。
2024-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Trapped charge driven degradation of perovskite solar cells
在实际操作过程中，即使使用封装，Percent太阳能电池也显示出快速劣化，但其机制一直难以捉摸。我们发现了钙钛矿材料不可逆降解的基本机制，其中无论极性如何，捕获的电荷都起着决定性作用。利用不同极性离子的一种新的实验装置揭示了钙钛矿材料的水分诱导的不可逆解离是由沿晶界捕获的电荷触发的。我们的发现清楚地解释了为什么光浸泡诱导不可逆的降解，而在黑暗中，水分只导致可逆的水合，以及为什么降解从不同的电荷提取层的界面的不同侧开始。在局域电场作用下，有机阳离子的去质子化过程是不可逆分解的开始。
2016-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Characterizing the Influence of Charge Extraction Layers on the Performance of Triple-Cation Perovskite Solar Cells
选择合适的电荷传输层和抑制吸收层界面处的非辐射复合对于最大化卤化物钙钛矿太阳能电池的效率至关重要。本工作采用不同的富勒烯基电子输运层和不同的自组装单分子膜作为空穴传输层制备了高质量的钙钛矿薄膜和器件。然后，我们对各种不同的电学，光学和基于光电发射的表征技术进行了比较研究，以量化太阳能电池，各个层以及重要的是它们之间的界面的特性。此外，我们强调了不同测量的局限性和问题，通过结合不同的方法和不同的策略从实验原始数据中提取信息所获得的见解。
2023-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Quantification of Ion Migration in CH3NH3PbI3 Perovskite Solar Cells by Transient Capacitance Measurements
基于有机-无机金属卤化物钙钛矿的太阳能电池显示出接近高度优化的硅太阳能电池的效率。然而，钙钛矿膜中的离子迁移导致器件退化并阻碍大规模商业应用。我们使用瞬态离子漂移测量来量化甲基铵三碘化铅（MAPbI3）钙钛矿太阳能电池中的活化能，扩散系数和移动离子的浓度，并发现它们的性质变化接近四方晶系到正交相变温度。我们确定了三个迁移离子物种，我们归因于碘化物（I-）和甲基铵（MA+）的迁移。我们发现，移动MA+离子的浓度是一个数量级高于移动的I-离子，移动MA+离子的扩散系数是三个数量级低于移动的I-离子。我们还观察到，移动I-离子（0.29 eV）的活化能是高度可重复的不同的设备，而移动MA+的活化能强烈依赖于设备的制造。MAPbI3中移动离子的这种量化将导致更好地理解离子迁移及其在钙钛矿太阳能电池的操作和降解中的作用。
2019-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Critical role of water in defect aggregation and chemical degradation of perovskite solar cells
甲基铵碘化铅（\ce{MAPbI3}）在潮湿条件下的化学稳定性仍然是卤化物钙钛矿太阳能电池面临的主要挑战。在第一性原理热力学框架下研究了水插层碘化物钙钛矿（\ce{MAPbI3} \_ \ce{H2O}）和一水相（\ce{MAPbI3} $\cdot$ \ce{H2O}）中的缺陷过程.我们考虑了在富I和贫I条件下具有不同电荷态的孤立和聚集空位缺陷的形成能。发现在水合化合物中容易形成\ce{PbI2}（部分肖特基）空位络合物，而\ce{MAI}空位络合物难以形成.水相中的空位产生深电荷跃迁能级，表明卤化物钙钛矿在暴露于水分时降解。电子结构分析支持一种新的机制，水介导的空位对的形成。
2018-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Perovskites for Solar and Thermal Energy Harvesting: State of the Art Technologies, Current Scenario and Future Directions
预计太阳能将成为最可行的可持续绿色能源。近年来，钙钛矿作为太阳能收集材料由于其期望的光伏使能特性而获得了显著的研究关注。更有效地使用这些材料的潜在策略可以涉及通过单个设备或采用其中太阳能或热输入提供多个电输出以增强整体能量收集能力的材料的多个能量转换机制。在这种情况下，本综述的重点是钙钛矿，包括有机卤化物钙钛矿和无机氧化物钙钛矿，由于其已被证明的光伏材料的性能和其有趣的潜在附加功能，如铁电性。铁电体是一类特殊的钙钛矿，已被详细研究的光铁性，热电和热电效应和能量存储，我们简要回顾这里。此外，还研究了在钙钛矿材料中同时调整这些机制以用于多种能量转换机制和超高密度电容器和电池应用的存储的可能性，以获得更好的理解并提供新的机会。对所有这些机制和设备前景的理解将启发和指导选择适当的材料和潜在的新颖设计，以便以更有效的方式利用现有的太阳能和热能资源。该综述不仅有助于从现有的钙钛矿材料中选择合适的材料，还将为研究人员开发新材料系统提供展望和帮助。
2017-05-16 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
Azetidinium Lead Iodide for Perovskite Solar Cells
杂化有机-无机钙钛矿已被确立为新兴光致发光的良好候选材料，据报道器件效率超过22%。目前只有两种有机阳离子，甲基铵和甲脒，它们产生具有适合光伏器件的带隙的3D钙钛矿。许多计算研究已经将氮杂环丁烷钥鉴定为用于合成有机-无机钙钛矿的潜在的第三阳离子，但是迄今为止还没有公开含氮杂环丁烷钥的钙钛矿的实验报告。在这里，我们首次制备了氮杂环丁烷碘化铅，并表明它是一种稳定的亮橙色材料，可以成功地用作太阳能电池的吸收层。我们还表明，它是可能的，使混合阳离子装置通过添加氮杂环丁烷阳离子甲基铵碘化铅。与甲基铵碘化铅电池相比，混合的氮杂环丁烷鎓-甲基铵电池显示出改善的性能和降低的滞后。
2017-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Design of Lead-Free Inorganic Halide Perovskites for Solar Cells via Cation-Transmutation
具有原型材料CH $_{3}$ NH $_{3}$ PbI $_{3}$的杂化有机-无机卤化物钙钛矿最近作为低成本和高性能的光伏吸收体引起了强烈的兴趣。尽管其太阳能电池实现了超过20%的高功率转换效率，但在大规模商业化之前需要解决两个关键问题-与其固有材料不稳定性相关的不良器件稳定性和由于水溶性Pb $^{2+}$引起的毒性。在这里，我们解决这些问题，利用阳离子嬗变的策略，设计稳定的无机无铅卤化物钙钛矿太阳能电池。该想法是将两个二价Pb $^{2+}$离子转化为一个单价M $^{+}$和一个三价M $^{3+}$离子，形成双钙钛矿结构的丰富的季卤化物类。通过第一性原理计算我们发现这类材料具有良好的抗分解相稳定性和宽范围可调的光电性能。与photophoric-functionality-directed材料筛选，我们确定了11个最佳的材料具有固有的热力学稳定性，合适的带隙，小的载流子有效质量，和低激子结合能作为有前途的候选人，以取代铅基光伏吸收剂在钙钛矿太阳能电池。还确定了此类材料的相稳定性和电子性质的化学趋势，为用它们制造的钙钛矿太阳能电池的开发提供了有用的指导。
2017-05-26 cond-mat.mtrl-sci
On performance of thin-film meso-structured perovskite solar cell through experimental analysis and device simulation
本文提出基于实验数据统计平均的分析策略，结合器件模拟研究介观结构钙钛矿太阳能电池性能，评估器件质量并指明通过材料调控实现最高效率设计的途径。
2023-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Experimental demonstration of ions induced electric field in perovskite solar cells
报道了钙钛矿太阳能电池的光电流密度-电压（J-V）曲线中的异常滞后现象。负责滞后的起源主要归因于铁电性，捕获/去捕获，和离子迁移。同时，在横向结构钙钛矿太阳能电池中公开了可切换的光伏效应，其中p-i-n结构在用反向偏压极化器件之后形成。考虑到钙钛矿太阳能电池的正常夹层结构，即本征钙钛矿层位于由p型（Spiro-OMeO 2）和n型（TiO 2）层建立的电场中，极化过程也适用于这种器件。离子的迁移将产生一个新的电场，其方向与固有的内建电场相反。因此，由于内置电场被部分屏蔽，预测光生载流子的收集较少。在这里，离子感生的电场的实验证明，通过探索不同的正向偏压下的外量子效率（EQE）谱。基于偏压下离子迁移的观察，解释了在J-V曲线上观察到的异常滞后现象。外加电压对太阳能电池的稳定性有很大的影响。同时，在低频下首次发现了一种新的负电容现象，这是由于带正负电荷的离子在正向偏压下发生位置反转所致。
2015-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Improved Performance and Reliability of p-i-n Perovskite Solar Cells via Doped Metal Oxides
过氧化氢光电转换器件（PV）由于其优异的功率转换效率（PCE）而引起人们的关注。需要解决与大面积光伏性能、可靠性和寿命相关的关键问题。在这里，我们表明掺杂的金属氧化物可以为钙钛矿PV提供理想的电子选择性，提高的可靠性和稳定性。我们报道了p-i-n型钙钛矿PV，其器件面积范围为0.09cm 2至0.5cm 2，结合了厚的铝掺杂氧化锌（AZO）电子选择性接触，无掺杂的PCE超过13%，填充因子值在80%的范围内。AZO为载流子选择性提供合适的能级，中和针孔的存在并提供紧密的界面。使用AZO的器件与不使用AZO的器件相比表现出超过20%的平均PCE增加，并且对于所报道的较大面积器件保持高PCE。此外，当使用AZO时，在ISOS-D-1下的p-i-n钙钛矿太阳能电池的器件稳定性增强，并且当使用AZO/Au作为顶部电极时，在超过1000小时的暴露中保持100%的初始PCE。我们的研究结果表明掺杂金属氧化物作为载流子选择性接触的重要性，以实现可靠和高性能的长寿命大面积钙钛矿太阳能电池。
2016-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Double Perovskites overtaking the single perovskites : A set of new solar harvesting materials with much higher stability and efficiency
尽管混合卤化铅钙钛矿具有独特的固有性质，具有灵活合成和器件制造的可能性，但仍然存在两个基本问题，即在外部环境中的稳定性和由于铅引起的毒性。最近，双钙钛矿材料已成为一种有前途的选择。从这类的各种研究的主要结果基本上可以概括为两类，（i）要么他们有间接的带隙或（ii）直接但大的光学带隙，这是不适合太阳能器件。在这里，我们提出了一组稳定的双钙钛矿材料，Cs $_2$ BB $^{'}$ X $_6$（对于各种B，B $^{'}$）（X=Cl，Br，I），其通过小的Pb $^{+2}$掺杂显示间接到直接的带隙转变。这种掺杂有助于改变能带结构的拓扑结构，从而触发从价带最大值到导带最小值的光学允许跃迁。它还显著降低了带隙，使其在可见光区很好。模拟揭示了相对于现有技术的光伏吸收剂材料CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$相当/更高的吸收系数和太阳能效率。我们对Cs $_2$（Ag $_{0.75}$ Pb $_{0.25}$）（Bi $_{0.75}$ Pb $_{0.25}$）Br $_6$的实验测量性质与理论预测相当一致。该材料具有比CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$更高的稳定性，显示出成为更好候选物的潜力。
2018-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Methylammonium Lead Trihalide Perovskite Solar Cell Semiconductors Are Not Organometallic
甲基铵三卤化铅钙钛矿太阳能电池（CH 3 NH3 PbY 3，其中Y = I（3-x）Brx=1-3，I（3-x）Clx=1-3，Br（3-x）Clx =1-3，和IBrCl）是光子半导体。对这些材料的各个基础和技术方面的研究正在广泛进行，以使它们在环境上稳定并实现商业化。将这些材料视为有机金属的研究大量且反复地出现在非常有信誉、高引用和高影响的同行评审研究出版物中，包括例如Energy and Environmental Science、Nature Chemistry、Nature Communication、新材料、Science、ACS Nano以及Wiley、Elsevier、Springer和Macmillan Publishers的许多其他基于化学和材料的期刊，以及皇家和美国社会科学。在此，我们坦率地提出了一个问题：钙钛矿和纳米材料科学界的科学家是否应该将CH 3 NH3 PbY 3及其混合卤素衍生物称为有机金属？
2017-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Phenothiazine-Based Self-Assembled Monolayer with Thiophene Head Groups Minimizes Buried Interface Losses in Tin Perovskite Solar Cells
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH（柏林赫尔姆霍兹材料能源中心）；University of Naples Federico II（那不勒斯费德里科二世大学）；University of Bielefeld（比勒费尔德大学）；Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；Kaunas University of Technology（考纳斯理工大学）；Istituto Italiano di Tecnologia (IIT)（意大利理工学院）
本研究设计合成了一种新型自组装单分子层形成分子Th-2EPT，优化配位强度和晶格匹配，提升埋藏界面质量并抑制非辐射重组，实现首个超越PEDOT的锡钙钛矿太阳能电池，效率达8.2%。
2026-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Ideal Bandgap in a 2D Ruddlesden-Popper Perovskite Chalcogenide for Single-junction Solar Cells
过渡金属钙钛矿硫族化合物（TMPC）被探索为用于太阳能转换的稳定的、环境友好的半导体。它们可以被视为混合卤化物钙钛矿的无机替代物，以及钙钛矿氧化物的硫族化物对应物，在电磁波谱的可见光和红外部分中具有期望的光电性质。过去的理论研究已经预测了大的吸收系数，理想的缺陷特性，和体光伏效应的TMPC。尽管最近在多晶合成和测量其光学性能的进展，它是必要的生长这些材料在高结晶质量发展的基本理解，其光学性能和评估其适用于光伏应用。在这里，我们报告的二维（2D）的钙钛矿硫属化物，Ba 3 Zr 2S 7，与交替的双层钙钛矿块和单层岩盐结构的天然超晶格结构的单晶的生长。该材料在1.28 eV处有一个明亮的光致发光峰，其外发光效率高达0.15%。我们对这些晶体进行了时间分辨光致发光光谱，并获得了约65 ns的有效复合时间。这些结果清楚地表明，钙钛矿硫族化物的2D Ruddlesden-Popper相是实现单结太阳能电池的有前途的材料。
2018-06-25 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study on the electronic and optical properties of inorganic perovskite Rb1-xCsxPbI3 for solar cell applications
最近，已经报道了用无机Cs或Rb阳离子替换或混合卤化物钙钛矿中的有机分子以增加材料稳定性，同时具有可比的太阳能电池性能。在这项工作中，我们系统地研究了所有无机碱碘钙钛矿Rb 1-xCsxPbI 3的电子和光学性质，使用第一性原理虚晶近似计算。我们的计算表明，随着Cs含量x的增加，晶格常数，带隙，激子结合能，和有效质量的载流子以下的二次（线性的有效质量）函数减少，而静态介电常数增加以下的二次函数，表明太阳能电池性能的增强Rb除了CsPbI 3。当在GW近似中包括多体相互作用并结合自旋轨道耦合（SOC）时，与CsPbI 3的实验相比，我们获得了更可靠的带隙，突出了使用GW+SOC方法对全无机以及有机-无机混合卤化物钙钛矿材料的重要性。
2018-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Interplays between charge and electric field in perovskite solar cells: charge transport, recombination and hysteresis
通过瞬态实验和理论计算，系统地研究了钙钛矿太阳能电池中电荷和电场的相互作用，它们对电池中的电荷输运、复合、储存和电滞效应起着关键作用。研究发现，光照可以增加钙钛矿吸收体中的载流子浓度，从而增强电荷复合，导致高电场和自由载流子共存。同时，电池显示出与多晶硅太阳能电池类似的电荷存储和结机制，其中结电场决定电荷收集和分布。此外，研究还表明，由于离子（空位）迁移而产生的掺杂和缺陷的静电荷会显著影响电池内部的电场，从而影响电荷的收集和复合，这可能是引起人们广泛关注的磁滞现象的根源.
2016-04-11 cond-mat.mtrl-sci
A photon ratchet route to high-efficiency hybrid halide perovskite intermediate band solar cells
混合卤化物钙钛矿中的自旋分裂间接带隙提供了光子棘轮中间带的动量空间实现。受激电子热化到复合保护的Rashba口袋，在动量空间中偏移，建立电荷密度以具有足够的通量到更高的导带。这种效应可以用来形成本征中间带太阳能电池，其效率超过肖克利-奎塞尔极限，如果可以进行选择性低电子亲和性接触到更高的导电状态。这一概念得到了多体电子结构分析的支持。在照明下产生带隙以上的电压将肯定这里提出的物理机制。
2016-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Domain Walls Conductivity in Hybrid Organometallic Perovskites: The Key of CH3NH3PbI3 Solar Cell High Performance
在过去的几年里，人们对有机金属三卤化物钙钛矿的兴趣激增，这是新一代固态太阳能电池的核心。在这里，我们使用Landau-Ginzburg-Devonshire（LGD）理论计算了n-和p-掺杂的有机金属单轴铁电半导体钙钛矿CH 3 NH3 PbI 3中带电畴壁的静态电导率。我们发现，由于载流子的积累，静态电导率可能会急剧增加在畴壁的3-4个数量级的电导率相比，通过大量的材料。此外，在壁处可以形成高度移动的载流子的二维简并气体。畴壁和界面处的高电导率值解释了有机金属溶液处理的钙钛矿膜中的高效率，所述钙钛矿膜包含许多不同的点缺陷和扩展缺陷。这些结果可以提出新的途径，以提高这类有前途的新型光伏材料的性能。
2015-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Towards a single-junction non-concentrator metal halide perovskite hot carrier solar cell: review of current gaps and opportunities in understanding slow hot carrier cooling
Gabriel Man och Partners AB（Gabriel Man 与合作伙伴有限公司）；Man Labs Technologies LLC（Man 实验室科技有限公司）
本文回顾了单结非聚光金属卤化物钙钛矿热点载流子太阳能电池的研究现状，探讨了理解慢速热点载流子冷却的不足及改进方法。
2026-01-22 cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation of Sr-Ce-M-O perovskites for solar thermochemical water splitting
本研究采用密度泛函理论计算评估 Sr-M-O 与 Sr-Ce-M-O 钙钛矿的太阳能热化学分解水性能，并筛选出两种兼具适宜氧空位形成能与低温稳定性的候选材料。
2025-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Tail state formation in solar cell materials: First principles analyses of zincblende, chalcopyrite, kesterite and hybrid perovskite crystals
太阳能电池吸收体中的尾态形成导致对太阳能电池性能的不利影响。然而，在实验半导体晶体中的能带拖尾的表征通常是困难的。在这篇文章中，为了确定各种太阳能电池材料中的尾态产生，我们开发了一个相当通用的理论方案，其中实验Urbach能量与由密度泛函理论（DFT）计算得到的吸收边能量进行了比较。为此，我们采用密度泛函理论计算了CdTe、CuInSe_2（CISe）、CuGaSe_2（CGSe）、Cu_2ZnSnSe_4（CZTSe）、Cu_2ZnSnS_4（CZTS）和混合钙钛矿等太阳能电池材料的吸收光谱。结果表明，在CdTe、CISe、CGSe和混合钙钛矿多晶中，尾态的形成可以忽略不计。然而，共蒸发的CZTSe和CZTS层表现出非常大的Urbach能量，这是远远大于理论的同行。基于DFT分析结果，我们得出结论，在CZTSe和CZTS中观察到的相当大的尾态形成源于广泛的阳离子无序。特别是，即使是轻微的阳离子取代被发现在CZT（S）Se中产生不寻常的带波动。相比之下，CH_3NH_3PbI_3杂化钙钛矿理论上显示出最尖锐的吸收边，这与实验一致。
2018-07-13 cond-mat.mtrl-sci
A Physics-based Analytical Model for Perovskite Solar Cells
钙钛矿是下一代低成本、高效率太阳能电池的理想吸收材料。虽然钙钛矿电池的配置类似于经典太阳能电池，但它们的操作是独特的，需要开发新的物理模型来表征，优化电池和预测电池板性能。在本文中，我们开发了这样一个基于物理学的分析模型来描述不同类型的钙钛矿太阳能电池的操作，明确说明非均匀生成，载流子选择性传输层和电压依赖性载流子收集。该模型将允许实验人员表征现有电池的关键参数，了解性能瓶颈，并预测钙钛矿太阳能电池板的性能-这是钙钛矿太阳能电池技术发展的下一步。
2018-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Improving efficiency and stability for perovskite solar cell with diethylene glycol dimethacrylate modification
针对钙钛矿太阳能电池湿度稳定性差的问题，提出引入二乙二醇二甲基丙烯酸酯（DGDMA）聚合物，通过螯合未配位Pb2+改善薄膜质量，将效率从18.06%提升至21.82%，并显著增强湿度稳定性。
2025-04-21 cond-mat.mtrl-sci
More is Different: Mobile Ions Improve the Design Tolerances of Perovskite Solar Cells
本文揭示钙钛矿太阳能电池中移动离子的静电重新分布可降低表面复合电流，从而提升光电压并增强对界面能量偏移的容差，进而修正传统光伏设计原则。
2024-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Separation of Hoke and Schottky effects for improvement of mixed halide perovskite solar cell stability
ITMO University（圣彼得堡信息科技皇家大学）；St. Petersburg State University（圣彼得堡国立大学）
通过分离霍克和肖克利效应，提高混合卤化物钙钛矿太阳能电池的稳定性，方法是增加传输层厚度以减少电荷载体损失
2025-12-08 cond-mat.mtrl-sci
High-Throughput Imaging of Degradation-Inducing Microscopic Impurities in Perovskite Solar Cells
King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)（阿卜杜拉国王科技大学）；Ludwig-Maximilians-University (LMU) Munich（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）
本研究开发了一种基于纳米红外光谱和机器学习图像分析的高通量成像框架，用于快速检测钙钛矿薄膜中的有害杂质，并将其作为稳定性筛选的早期预警指标。
2026-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Beginner's guide to visual analysis of perovskite and organic solar cell current density-voltage characteristics
本研究针对钙钛矿与有机太阳能电池，基于光强依赖JV测量、漂移-扩散模拟及文献综述开发了易用的JV分析流程图，可快速识别性能限制过程并给出补充实验建议，是性能损耗分析的理想起点。
2023-11-17 cond-mat.mtrl-sci
A First-principles study on ABBr3 (A = Cs, Rb, K, Na; B = Ge, Sn) halide perovskites for photovoltaic applications
近年来，基于卤化物钙钛矿的太阳能电池受到了广泛关注，并显示出高达25.8%的功率转换效率。关于Pb的毒性和有机元素的不稳定性，已经广泛研究了所有无机无铅钙钛矿（ILP）以实现相当或更高的光伏性能。为了开发ILP作为太阳能电池应用的替代品，我们对ABBr 3钙钛矿（A = Cs、Rb、K和Na，B = Sn和Ge）进行了第一性原理计算。结构，电子和光学性质进行了系统的研究，以探讨在光伏应用的潜力。所有这些ILP都表现出在1.10至1.97 eV范围内的直接带隙，非常有利于吸收太阳能。此外，这些ILP在整个UV-Vis光谱中表现出显著的光吸收（超过105 cm-1）。这些结果将有助于设计高效无铅钙钛矿太阳能电池。
2022-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Double-site Substitution of Ce into (Ba, Sr)MnO3 Perovskites for Solar Thermochemical Hydrogen Production
太阳能热化学制氢（STCH）是一种可再生的替代使用化石燃料生产的氢。虽然连续批量实验方法可以准确测量STCH性能，但筛选化学复杂的材料系统以获得新的有前途的候选材料更具挑战性。在这里，我们确定双位铈取代的（Ba，Sr）MnO 3氧化物钙钛矿作为有前途的STCH候选人使用的组合体合成和高通量薄膜实验。在10 H-BaMnO 3中的B-位上和在4P-SrMnO 3中的A-位上的Ce取代导致与CeO 2相比高2- 3倍的氢产生，但是这些本体单位点取代的钙钛矿遭受不完全的再氧化。（Ba，Sr）MnO 3薄膜中A位和B位的双位Ce取代增加了Ce的溶解度，并延长了10 H和4 P结构的稳定性，这对于它们的热化学可逆性是有希望的。这项研究表明，高通量的实验方法筛选复杂的氧化物材料STCH应用。
2021-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Why Do Eight Units of Methylammonium Enclose PbI6 Octahedron in Large-Scale Crystals of Methylammonium Lead Iodide Perovskite Solar Cell? An Answer from First-Principles Study
甲基铵三碘化铅（CH3NH3PbI3）钙钛矿太阳能电池是光伏半导体中的一颗宝石。虽然有许多基本的和技术的问题还有待解决，涵盖了这个系统的各个方面，其商业化，本研究采用第一性原理DFT模型的[PbI6（CH3NH3）n]m零维纳米团簇。利用计算得到的结合能图，在三维空间中回答了CH_3NH_3PbI_3体系大尺度超分子结构中，PbI_6八面体共角结构为何被8个有机阳离子单元包围的问题。的甲基铵的协同效应，以及与分子间氢键的超分子进化的CH3NH3PbI3晶体的正面和负面的合作效果的后果进行了简要概述。
2017-04-19 cond-mat.mtrl-sci
An efficient method for performance improvement of organometal halide perovskite solar cell via external electric field
提出了一种有效的方法，即在退火过程中对CH 3 NH3 PbI 3-xClx（OPIC）钙钛矿层施加外电场（EEF），以提高太阳能电池的性能。通过使EEF方向与空穴/电子改性层相协调，获得了短路电流和填充因子的显著改善。采用最简单的平面器件，最大正EFE为2.5 × 10^6V/m，PCE从12.86增加到14.33，与非EFE样品相比增加了11.4%。通过对最佳实验数据和统计数据的分析，发现EEF和PEC之间存在良好的正相关关系，并对离子迁移引起的位移极化场增强钙钛矿异质结内建场的物理机制进行了讨论。该研究提出了改变电池效率的物理过程，并为OPIC器件的电流-电压滞后提供了新的证据。
2015-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Slow cooling of hot polarons in halide perovskite solar cells
卤化物钙钛矿显示出不寻常的热化动力学以上的带隙光激发。我们解释这是多余的能量被沉积到离散的大极化子状态的结果。低通量和高通量"声子瓶颈"冷却之间的交叉是由于莫特跃迁，其中极化子重叠（$n \ge 10^{18}/\mathrm{cm}^3$）和声子子群共享。我们计算的初始速率的冷却（热化）从散射时间在Fröhlich极化子模型为78 meVps $^{-1}$为$\mathrm{CH}_3\mathrm{NH}_3\mathrm{PbI}_3$。这种快速的初始热化涉及到热传递到光学声子模式耦合的极性介电相互作用。在数百皮秒内进一步冷却至平衡受到钙钛矿晶格的超低热导率的限制。
2017-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Evidence for ion migration in hybrid perovskite solar cells with minimal hysteresis
离子迁移被认为是混合钙钛矿太阳能电池中光伏电流-电压滞后的可能原因。然而，对这一假设的主要反对意见是，可以通过改变界面接触材料来减少滞后，这不太可能显著影响钙钛矿相内的离子缺陷的行为。在这里，我们使用瞬态光电测量，结合器件模拟，表明离子迁移的主要影响，实际上可以观察到在设备中的滞后，并与滞后自由型接触材料。数据表明，电场屏蔽，离子迁移一致，是相似或相同的高和低滞后CH3NH3PbI3细胞。瞬态的模拟表明，滞后需要结合移动离子电荷和复合附近的接触。钝化接触复合导致在正向偏压下较高的光生电荷浓度，其屏蔽离子电荷，减少滞后。
2016-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Touching is believing: interrogating organometal halide perovskite solar cells at the nanoscale via scanning probe microscopy
基于CH3NH3PbI3和相关材料的卤化物钙钛矿太阳能电池已成为下一代光伏技术中最令人兴奋的发展，但涉及光载流子，离子缺陷，自发极化以及与众多晶粒，晶界和界面相互作用的分子振动和旋转的微观现象仍然没有得到充分的理解。事实上，仍然需要一种有效的方法来询问卤化物钙钛矿太阳能电池的局部光伏特性，一方面可以直接追溯到它们的微结构，另一方面与它们的器件性能相关。从这个角度来看，我们建议，扫描探针显微镜技术有很大的潜力，实现这样的承诺在纳米尺度，并强调一些最近的进展和挑战，沿着这条线的调查对本地探测的光电流，功函数，离子活动，极化开关，和化学降解。我们还强调了多模态成像、术中扫描、大数据分析和多学科合作的重要性，以便进一步研究充分理解这些复杂系统。
2017-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Relativistic origin of slow electron-hole recombination in hybrid halide perovskite solar cells
混合钙钛矿CH 3 NH3 PbI 3（CH 3）具有长的少数载流子寿命和扩散长度。我们表明，慢复合起源于自旋分裂间接间隙。大的内部电场作用于自旋轨道耦合能带极值，将能带边缘移动到不等效的波矢，使得基本带隙间接。从描述的准粒子自洽GW（QSGW）近似下的光致发光，碲化镉和砷化镓，我们预测载流子寿命作为光强度和温度的函数。在工作条件下，我们发现在辐射复合的直接间隙行为相比，减少了350多的一个因素。间接间隙保留，动态无序。
2016-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Charge Carrier Dynamics of Methylammonium Lead-Iodide Perovskite Solar Cells
瞬态光电测量的甲基铵碘化铅（MALI）钙钛矿太阳能电池（PSC）进行和分析，以阐明的操作机制。对光脉冲或电压脉冲的电流响应显示出非常宽的动态范围，涵盖9个数量级的时间-从微秒到分钟-直到达到稳态。发现钙钛矿层边界处的电荷密度缓慢变化的证据，这最有可能是由移动离子引起的。电流-电压曲线（IV曲线）的测量与非常快的扫描速率后，保持细胞在一个恒定的电压几秒钟，提出了由Tress等人。数值漂移扩散模拟重现测量的IV曲线，使用不同的离子分布在模型中。通过对模拟结果的谱带图分析，揭示了该系统的运行机理。为了进一步研究在短时间尺度（低于毫秒）的光生电荷提取线性增加电压（光CELIV）实验进行的影响。我们假设迁移率不平衡与深孔捕获相结合，导致动态掺杂引起的影响从微秒到毫秒。综合瞬态漂移扩散模拟的光CELIV实验加强了这一假设。这种先进的表征方法结合了动态响应测量和数值模拟，是全面了解新兴钙钛矿太阳能电池中器件工作机制的关键一步。
2016-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Wavelength-Dependent Photoluminescence Mapping of Depth-Dependent Degradation Under Thermal Stress in Phenethylammonium Tetrafluoroborate Treated Perovskite Solar Cells
University of Washington（华盛顿大学）
本研究利用多波长激发光致发光无损区分钙钛矿太阳能电池中界面与体相复合损失，发现PEABF4处理钝化ETL界面但加速热老化降解，为老化研究提供深度敏感分析框架。
2026-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Quantifying Charge Extraction and Recombination Using the Rise and Decay of the Transient Photovoltage of Perovskite Solar Cells
光生载流子的提取和光电压的产生属于任何太阳能电池的基本功能。这些过程不是瞬间发生的，而是以有限的时间常数发生的，例如，与短光脉冲之后外部测量的开路电压的上升相关的时间常数。本文提出了一种新的方法来分析瞬态光电压测量在不同的偏置光强度结合的上升和衰减时间的光电压。该方法使用两个耦合的微分方程的系统的线性化版本，通过确定2 × 2矩阵的特征值来解析地求解该系统。通过在瞬态光电压测量过程中的特征值和测量的上升和衰减时间之间的比较，我们确定了作为偏置电压的函数的载流子复合和提取的速率，并在钙钛矿太阳能电池中建立了它们的比率和效率损失之间的简单联系。
2023-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Eliminating the Perovskite Solar Cell Manufacturing Bottleneck via High-Speed Flexography
Percent太阳能电池有潜力通过低成本制造提供太瓦级的电力。然而，缩放受到无机传输层的缓慢高温退火以及缺乏用于沉积薄（< 30 nm）电荷传输层（CTL）的可靠大面积方法的限制。我们提出了一种通过将高速（60 m/min）柔性版印刷与快速退火的溶胶-凝胶油墨配对来按比例缩放NiNiOx空穴传输层（HTL）的方法，以实现报道的用于制造钙钛矿的无机CTL的最快工艺。通过设计用于快速膜流平的前体流变学，NiOx HTL以高均匀性和超低针孔密度印刷，导致光伏性能超过旋涂装置。将这些印刷的传输层集成在平面倒置PSC中允许快速制造具有22.4 mA/cm 2的改进的短路电流（Jsc）的高效（PCE > 15%）Cs（x）FA（1-x）PbI太阳能电池。HTL的快速退火使总处理时间缩短了60倍，同时保持光电性能和有效空穴收集所需的化学成分的平衡。这些结果建立了一个更好的理解，NiOx和揭示的机会，以提高设备性能，通过可扩展的制造无机CTL。
2022-01-19 cond-mat.mtrl-sci
ML-guided screening of chalcogenide perovskites as solar energy materials
International Iberian Nanotechnology Laboratory（伊比利亚纳米技术国际实验室）；Faculty of Engineering, University of Porto（波尔图大学工程学院）；Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）
本文提出一种数据驱动的筛选框架，通过结合可解释分析描述符、机器学习模型和可持续性指标，评估硫化物钙钛矿的稳定性与实验可行性，并发现新的候选材料。
2026-02-25 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
