Inter-Domain Charge Transfer as a Rationale for Superior Photovoltaic Performances of Mixed Halide Lead Perovskites
含有碘离子和溴离子的混合物的有机-无机卤化铅钙钛矿在供体-受体异质结太阳能电池中始终比标准的甲基铵三碘化铅材料表现得更好。这种观察是违反直觉的，因为对于光伏材料通常预期非均匀性和组成无序导致载流子扩散长度和转换效率降低。在这里，我们结合超快光致电吸收和宽带荧光上转换光谱测量，以仔细检查混合阳离子，混合卤化物铅钙钛矿薄膜的载流子动力学。我们的研究结果证明了电荷转移激子（CTE）的形成跨越各种卤化物组合物的域的边界。对光致瞬态Stark信号的全局分析表明，CTE在几十到几百皮秒的时间内从富Br区逐渐演化到富I区。而不是构成重组中心，不同卤化物组合物的域之间的边界似乎有利于载流子分离，通过驱动光生空穴沿着溴化物含量降低的通道。
2018-08-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Advances in Modelling and Simulation of Halide Perovskites for Solar Cell Applications
作为下一代太阳能电池的最有希望的候选者，超导太阳能电池（PSC）正引起人们的极大关注。这是由于它们的低成本和高功率转换效率，尽管它们的开发时间相对较短。PSC的关键成分是ABX3化学计量比的各种卤化物钙钛矿作为光吸收剂，以其优异的光电性能带来了光伏（PV）技术领域的实际突破。然而，为了在不久的将来将PSC商业化，这些材料需要进一步改进以获得更好的性能，以高效率和高稳定性为代表。与其他材料开发一样，原子建模和模拟可以在寻找新的功能卤化物钙钛矿以及揭示其材料过程和性能的潜在机制方面发挥重要作用。在这个意义上，卤化物钙钛矿的计算工作，主要集中在第一性原理的工作，审查的眼睛寻找答案，如何提高PSC的性能。具体的建模和模拟技术，以量化的卤化物钙钛矿的材料特性。最后，对该领域面临的挑战和未来的研究方向进行了展望。
2018-11-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Azetidinium as Cation in Lead Mixed Halide Perovskite Nanocrystals of Optoelectronic Quality
先前的理论计算表明，氮杂环丁烷鎓具有正确的径向尺寸以与卤化铅形成3D钙钛矿[1]，并且已被证明作为ABX 3单元的A位阳离子赋予铁电钙钛矿有益的性质[2]。然而，迄今为止，对其作为卤化铅钙钛矿中的阳离子的用途的研究非常有限。在这篇通讯中，我们报告了氮杂环丁烷基铅混合卤化物钙钛矿胶体纳米晶体的合成和表征。混合卤化物体系是碘和氯，不像文献中其他报道的纳米晶体，其中卤化物体系是碘/溴或溴/氯。紫外-可见吸收数据，补充与光致发光光谱，揭示了一个间接的带隙约1.96 eV的纳米晶体。使用TEM的结构表征示出了两个不同的原子间距离（2.98 +/-0.15埃和3.43 +/-0.16埃）和纳米晶体固有的非正交晶格角（约112度），其具有通过XRD揭示的可能的三斜晶系结构。通过EDS光谱法证实了纳米晶体内氯和碘的存在。最后，光诱导电子顺磁共振（LEPR）光谱与PCBM证实了光致电荷转移能力的纳米晶体。使用氮杂环丁烷鎓作为阳离子形成这种半导体铅混合卤化物钙钛矿表明了具有光电应用（例如太阳能电池和光电探测器）潜力的混合钙钛矿的有前景的子类。
2019-05-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Halide mixing inhibits exciton transport in two-dimensional perovskites despite phase purity
金属卤化物钙钛矿是用于光捕获和光发射应用的多功能材料平台，因为它们的可变化学组成允许根据特定应用定制光电特性。卤化物混合是在宽光谱范围内调谐金属卤化物钙钛矿的光学带隙的最强大的技术之一。然而，卤化物混合通常被观察到导致相分离，这降低了激发态传输并限制了器件性能。虽然目前的重点在于发展的战略，以防止相分离，它仍然不清楚如何卤化物混合可能会影响激发态传输，即使保持相纯度。在这项工作中，我们研究了激子激发态的相位纯混合卤化物二维钙钛矿输运。使用瞬态光致发光显微镜，我们表明，尽管相纯度，卤化物混合抑制激子在这些材料中的传输。我们发现一个显着的减少，即使是相对较低的合金浓度，与溴丰富的钙钛矿是特别敏感的碘离子的引入。执行布朗动力学模拟，我们能够重现我们的实验结果，并归因于能量无序的潜在景观，由于合金网站的内在随机分布而产生的扩散率的下降。我们的研究结果表明，即使在没有相分离的情况下，卤化物混合仍然可能影响载流子输运，由于在能源景观的局部固有的不均匀性。
2021-07-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin-Orbital Coupling in All-Inorganic Metal-Halide Perovskites: the Hidden Force that Matters
本文综述了全无机金属卤化物钙钛矿中强自旋-轨道耦合对能带结构、磁阻、自旋寿命及Rashba效应等的影响，并结合晶体结构、光物理和能带拓扑研究，展望其在新型光电应用中的突破方向。
2023-11-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Manifestation of the thermoelectric properties in Ge-based halide perovskites
尽管硫族化合物作为传统的热电材料已经得到了广泛的研究，但寻找一种具有高电导率和低热导率的合适材料仍然是一个挑战。在这项工作中，我们介绍了一类新的热电材料，锗基无机卤化物钙钛矿\ce{CsGeX3}（X = I，Br，Cl），这已经被认为是一个有前途的候选人的光伏应用。通过晶格动力学计算和Boltzmann输运方程的求解，我们发现这些钙钛矿具有低于0.18 W m $^{-1}$ K $^{-1}$的超低热导率，而具有高于860 cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$的非常高的载流子迁移率，这远远优于传统的硫属化合物的热电性。这些结果为寻找高性能、低成本的无机卤化物钙钛矿基热电材料指明了方向。
2020-05-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Optical Memory, Switching, and Neuromorphic Functionality in Metal Halide Perovskite Materials and Devices
在过去的几十年中，金属卤化物钙钛矿基材料作为可溶液加工的光电子材料出现，具有许多有趣的性质和潜在的应用。这些新兴材料最近被认为是在低能量存储和信息处理应用中的前景。特别地，它们的大的光学横截面、高的光电导对比度、大的载流子扩散长度和混合的电子/离子传输机制对于使得能够在光域中写入和/或读取的存储器元件和神经形态器件是有吸引力的。在这里，我们回顾了最近在金属卤化物钙钛矿材料和器件中的记忆和神经形态功能的进展，其中光子被用作开关，记忆和神经形态功能的关键自由度。
2023-03-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fundamental cause for superior optoelectronic properties in halide perovskites
针对卤化物钙钛矿卓越光电特性的物理起源尚不明确的问题，提出由离子能量库驱动的电子上转换（解陷）是其根本原因，并通过引入离子-电子耦合等概念建立跨时间尺度的动力学关联，为提升器件性能提供理论指导。
2023-08-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Opto-thermal transport engineering in hybrid organic-inorganic lead halide perovskites metasurfaces
近年来，卤化物钙钛矿因其优异的光电性能而受到广泛关注，并被广泛的光谱研究所阐明。在这篇文章中，使用软光刻的纳米光子表面工程已被用于复制具有增强功能的纳米结构。采用基于拉曼光谱和光致发光（PL）光谱的非侵入式光学技术研究了表面图案化的有机-无机卤化物钙钛矿薄膜的热行为和光学行为的交互作用。工程钙钛矿薄膜的热物理性质是从样品的拉曼光谱和PL光谱中的代表性峰位置的软化提取的，其作为温度标记。研究表明，图案化薄膜的局部温度升高相对较高，这是由于其增强的吸收。因此，建立了压印钙钛矿薄膜中的光热传输现象之间的串扰，该串扰与增强器件性能以及保持器件稳定性有关。
2021-06-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Shining Light on Photoluminescence Properties of Metal Halide Perovskites
卤化铅钙钛矿是在过去十年中出现的一类显著的材料，其适用于广泛的器件，例如太阳能电池、发光二极管、激光器、晶体管和存储器件等。虽然它们通常是在低温下沉积的溶液处理的半导体，但钙钛矿显示出人们只能从在高温下生长的高纯无机晶体中期望的特性。这种独特的现象导致了记录设备性能的快速发展;不幸的是，这些材料的显着性质背后的基础科学仍然没有得到很好的理解。这篇综述评估了目前对金属卤化物钙钛矿材料光致发光（PL）特性的理解，并强调了需要进一步研究的关键领域。此外，需要标准化的表征PL的方法，以提高结果的可比性，可靠性和重现性的强调。
2020-07-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Reversible Photo-Induced Phase Segregation and Origin of Long Carrier Lifetime in Mixed-Halide Perovskite Films
基于混合卤化物的混合钙钛矿半导体作为高效光伏和发光器件的有希望的候选者引起了极大的关注。然而，这些先进的钙钛矿材料在光照下可能由于卤素离子迁移而发生相分离，影响其光电性能。在这里，我们报告光激发诱导的相分离在三阳离子混合卤化物钙钛矿薄膜，产量的光致发光响应的红移。我们证明，光激发诱导的卤素离子迁移导致形成较小的带隙的碘化物丰富的和较大的带隙的溴化物丰富的域的钙钛矿薄膜，其中的相分离率被发现遵循激发功率密度的幂律。结果证实，载流子寿命增加，由于光激发载流子的捕获在隔离的小带隙的碘化物丰富的域的光致发光的红移。有趣的是，我们发现，这些光诱导的变化是完全可逆的，当激发电源关闭时，这些变化是热激活的。在黑暗条件下，卤素离子迁移的激活能在相分离和相恢复过程中有显著差异。此外，我们还研究了受激子-光学声子耦合影响的发光线宽随温度的变化。基于混合态和分离态的激子-声子耦合强度解释了光致相分离的机理。
2021-10-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Probing the ionic defect landscape in halide perovskite solar cells
金属卤化物钙钛矿中的点缺陷在决定其性质和光电性能方面起着关键作用;然而，许多悬而未决的问题仍然没有答案。在这项工作中，我们应用阻抗谱和深能级瞬态谱来表征的离子缺陷景观甲基铵三碘化铅（$MAPbI_3$）钙钛矿中的缺陷是故意引入通过分数改变前体化学计量。我们的研究结果突出了缺陷对电子景观的深刻影响，例如它们对器件内置电位的影响，因此，开路电压。当阳离子和阴离子都被认为是可移动的时，即使是低离子密度也会对电子景观产生影响。此外，我们发现，所有测得的离子缺陷满足迈耶-Neldel规则的特征能量连接到基本的离子跳跃过程。这些发现支持卤化物钙钛矿化合物中缺陷的一般分类。
2020-11-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Micron-size two-dimensional methylammonium lead halide perovskites
具有二维堆叠结构的混合卤化铅钙钛矿最近成为光电应用的有前途的材料。我们报告了一种用于生长混合卤化铅钙钛矿（I，Br和Cl）的2D纳米片的方法，其横向尺寸范围为0.05至8微米，并且结构由通过长烷基胺分离的n个堆叠的单层组成，可从批量向下调节到n=1。获得这种宽范围的钙钛矿性质的关键在于在热注入合成中利用相应的卤化铅纳米片作为前体，其提供对所有工艺参数的仔细控制。分层的量子限制（n小于4）纳米片由具有不同n的主要部分和次要部分组成。能量从低到高n（高到低能量）区域在一个单一的片，介导的堆栈之间的配体的长度，产生光致发光量子产率高达49%。这些大的、可调的2D纳米片可以作为未来高效光电子器件的方便平台。
2019-07-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Mechanical response of butylamine based Ruddlesden Popper organic-inorganic lead halide perovskites
2D Ruddlesden Popper钙钛矿因其特殊的光学和电子特性而被广泛研究，而只有少数研究揭示了其机械性能。现有的文献主要讨论单晶钙钛矿的机械强度，但对二维钙钛矿薄膜的结构可调性的系统研究还很缺乏。在这项研究中，我们报告了使用纳米压痕技术的丁基铵基的2D，准2D钙钛矿和3D钙钛矿的弹性模量的无机层的数量“n”的效果。实验结果也得到了证实，使用第一性原理密度泛函理论计算。了解2D Ruddlesden Popper钙钛矿薄膜与传统3D钙钛矿相比的机械行为，提供了对原子层相关性质的有趣见解，并为下一代机械耐用的新型器件铺平了道路。
2021-06-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Lattice matched heterogeneous nucleation eliminate defective buried interface in halide perovskites
本研究通过分子动力学模拟发现，钙钛矿在常用氧化物界面异质外延结晶会产生掩埋界面缺陷，而晶格匹配界面可实现其外延有序生长、避免缺陷，为制备高效稳定的钙钛矿器件提供指导。
2024-05-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tuning Bandgap and Energy Stability of Organic-Inorganic Halide Perovskites through Surface Engineering
具有各种表面结构和形貌的有机卤化物钙钛矿由于异质结构依赖的稳定性的类型的选择而显示出有前途的潜力。我们系统地研究和讨论了二维二硫化钼（MoS 2）、二硒化铼（MoSe 2）、二硫化钨（WS 2）、二硒化钨（WSe 2）、氮化硼（BN）和石墨烯单层对有机-无机卤化物钙钛矿的带隙和能量稳定性的影响。我们发现在BN-ML上沉积的MAPbI 3 ML具有室温稳定性（-25 meV~ 300 K），最佳带隙为~1.6 eV。计算的吸收系数也位于可见光范围内，在2.8 eV光子能量下达到最大值4.9 x 104 cm-1。在我们的计算的基础上，我们建议，半导体单层的有机-无机卤化物钙钛矿单层的封装可能提供更大的灵活性，用于调整能量稳定性和带隙。
2018-10-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Lead Halide Perovskite based Dynamic Metasurfaces
卤化铅钙钛矿（MAPbX3）已知具有高折射率和可控带隙，使得它们对于全介电和可调谐超颖表面具有吸引力。到目前为止，钙钛矿超颖表面仅用于结构色。具有2π相位控制的更有趣的元器件仍然不存在。在这里，我们通过实验证明了MAPbX3钙钛矿基超颖表面在反射模式下具有完全的相移控制。利用MAPbBr 3切割线作为过渡原子在基底金属膜上，我们发现MAPbBr 3钙钛矿超颖表面可以同时产生从0到2π的全相位控制和高反射效率。从而成功地制作出高效的偏振转换、反常反射和元全息图。最有趣的是，MAPbX 3钙钛矿的带隙可以通过阴离子交换进行后合成和可逆调节，为动态控制具有异常反射和全息图等新功能的全介电元器件提供了新的途径。
2019-04-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Broadband-tunable spectral response of perovskite-on-paper photodetectors using halide mixing
纸为电子产品提供了一种低成本和广泛可用的基材。它具有硅的替代特性，因为它显示出低密度和高柔性，以及生物降解性。可溶液加工的材料，如混合钙钛矿，还呈现出轻和柔性的特征，以及具有不同光学性质的材料组合物的巨大可调谐性。在这项研究中，我们结合了纸基板与卤化物混合钙钛矿的低成本和易于制造的纸上钙钛矿光电探测器与宽带可调光谱响应。从卤化物混合钙钛矿的带隙可调谐性，我们通过增加MAPb（I $_{1-x}$ Br $_x$）$_3$钙钛矿合金上的溴化物含量来创建具有范围从NIR到绿色的截止光谱起始的光电探测器。这些设备显示出快速有效的响应。对于纯I和Br钙钛矿组合物观察到最佳性能，在MAPbBr $_3$装置上具有376 mA/W的最大响应度。这项研究提供了一个例子，广泛的可能性，溶液加工材料与纸基材的组合提供了低成本，可生物降解和易于制造的设备的发展。
2022-05-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
"Forbidden" polarisation and extraordinary piezoelectric effect in organometallic lead halide perovskites
有机卤化铅钙钛矿是用于太阳能电池和其他光电应用的高效材料，这归因于它们的高量子效率和优异的半导体性质。这些钙钛矿的特性是在外力下的实质性离子运动。在这里，我们发现，电场和光诱导的离子运动MAPbX 3晶体（X=Cl，Br，I和MA= CH 3 NH 3）导致意想不到的压电类响应，一个数量级大于铁电钙钛矿氧化物。名义上的宏观对称性的晶体被打破的离子物种，这可以确定性地控制由光和电场的重新分配。所揭示的压电响应可能存在于具有显著离子活性的其他材料中，但有机金属钙钛矿的独特特征是对离子运动（MA+和X-1）和照明产生的光电子的相互作用的压电响应的强烈影响。
2022-02-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-Throughput Study of Antisolvents on the Stability of Multicomponent Metal Halide Perovskites through Robotics-Based Synthesis and Machine Learning Approaches
抗溶剂结晶法常用于制备高质量的钙钛矿薄膜，以产生相当大的单晶，并在室温下合成纳米颗粒。然而，特定的反溶剂对多组分金属卤化物钙钛矿的固有稳定性的影响的系统探索尚未得到证实。在这里，我们开发了一个高通量的实验工作流程，结合化学机器人合成，自动化表征和机器学习技术，以探索反溶剂的选择如何影响二元钙钛矿系统在环境条件下随时间的固有稳定性。端成员MAPbI3、MAPbBr3、FAPbI3、FAPbBr3、CsPbI3和CsPbBr3的不同组合用于合成15个组合文库，每个文库具有96个独特组合。总共合成了大约1100种不同的组合物。每个文库使用两种不同的反溶剂：甲苯和氯仿制备两次。合成后，每5分钟自动进行一次光致发光光谱分析，持续约6小时。非负矩阵分解（NMF），然后利用映射的时间和组成依赖的光电性能。通过对每个库利用该工作流程，我们证明了抗溶剂的选择对金属卤化物钙钛矿在环境条件下的稳定性至关重要。我们探索了可能的动态过程，例如卤化物分离，该过程导致了抗溶剂选择引起的稳定性或最终降解。总的来说，这项高通量研究证明了反溶剂在合成高质量多组分金属卤化物钙钛矿体系中的重要作用。
2021-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Photo-induced Macro/Mesoscopic Scale Ion Segregation in Mixed-Halide Perovskites: Ring Structure and Ionic Plasma Oscillations
与通常认为的混合卤化物合金中光致卤素离子偏析发生在被照射区域内的观点相反，我们发现由光释放的Br离子扩散离开该区域，这在阴离子缺乏和过剩区域之间产生了平衡库仑力，共同导致围绕中心的宏观/介观尺寸的阴离子环，显示出光致发光环。在移除照明时，移位的阴离子返回到照明区域，并且回复力导致阻尼的超低频振荡离子运动，这可能是第一次观察到固体中的离子等离子体振荡。
2021-11-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High Open Circuit voltage solar cells based on bright mixed halide CsPbBrI2 perovskite nanocrystals synthesized under ambient air conditions
卤化铅钙钛矿纳米晶体（NC）目前正在成为最令人感兴趣的溶液处理半导体之一，因为它们具有高光致发光量子产率（PLQY），以及通过阴离子交换反应或量子限制的颜色可调谐性。在这里，我们显示了高效的太阳能电池的基础上混合卤化物（CsPbBrI 2）NC通过在环境条件下的阴离子交换反应。我们进行了阴离子交换反应，在浓NC溶液中与I-，从而诱导PL红移高达676 nm，并获得高PLQY的膜（65%）。在空气中用两种不同的沉积方法制造在350-660 nm波长范围内工作的太阳能电池器件。太阳能电池显示出5.3%的光转换效率和高达1.31V的开路电压（Voc），这是所报道的带隙低于2 eV的基于钙钛矿的太阳能电池的最高值之一，清楚地表明了这种材料的潜力。
2019-01-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Substitution of Lead with Tin Suppresses Ionic Transport in Halide Perovskite Optoelectronics
针对卤化铅钙钛矿器件离子迁移影响稳定性的问题，研究通过实验结合第一性原理计算，发现锡替代可通过锡空位引发结构畸变提升碘离子迁移能垒，抑制离子迁移，为钙钛矿光电器件稳定性提升提供新方向。
2023-05-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Lead-Free Europium Halide Perovskite Nanoplatelets
针对铅基钙钛矿的毒性问题，本研究合成了化学式为$\mathrm{L_{2}EuX_{4}}$的二维无铅铕卤化物钙钛矿纳米片，表征确认其结构与发光性能，为特定波段光电器件提供无铅新方案。
2025-11-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ethylenediamine Addition Improves Performance and Suppresses Phase Instabilities in Mixed-Halide Perovskites
我们表明，添加乙二胺（EDA）的钙钛矿前体溶液提高了光伏器件的性能和材料稳定性的高溴含量，甲基铵，甲脒铯铅卤化物钙钛矿FA 1-xCsxPb（I1-yBry）3，这是目前感兴趣的硅上钙钛矿叠层太阳能电池。使用光谱学和高光谱显微镜，我们表明，添加剂提高了薄膜的均匀性，并抑制了在高溴钙钛矿配方中普遍存在的相不稳定性，产生的薄膜在环境条件下保持稳定超过100天。通过添加1 mol% EDA，我们展示了1.69 eV间隙的钙钛矿单结p-i-n器件，VOC为1.22 V，最大功率点跟踪功率转换效率为18.8%，与最佳报道的无甲基铵钙钛矿相当。使用核磁共振（NMR）光谱和X-射线衍射技术，我们表明，EDA与FA+在溶液中，快速和定量形成咪唑啉阳离子。正是在结晶过程中咪唑啉的存在推动了钙钛矿薄膜性能的改善。
2022-09-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
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
Lattice compression increases the activation barrier for phase segregation in mixed-halide perovskites
混合卤化物钙钛矿的带隙可调谐性使其成为发光二极管和串联太阳能电池的有希望的候选者。然而，照射混合卤化物钙钛矿导致形成富含单一卤化物的分离相。这种分离通过离子迁移发生，这也在单卤化物组合物中观察到，因此其控制对于提高寿命和稳定性是必不可少的。使用压力相关的瞬态吸收光谱，我们发现，碘和溴的丰富的阶段在MAPb（BrxI 1-x）3的形成率减少了两个数量级的压力增加到0.3 GPa。我们解释这种减少从压缩引起的活化能增加卤化物迁移，这是支持第一原理计算。当通过引入较小的阳离子来减小晶胞体积时，发生类似的机制。这些发现表明，相对于卤化物偏析的稳定性可以通过物理压缩应力或化学成分工程来实现。
2020-07-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Intersubband Transitions in Lead Halide Perovskite-Based Quantum Wells for Mid-Infrared Detectors
由于其优异的光学和电学性能以及通用的生长和制造工艺，铅卤钙钛矿被广泛认为是绿色能源和光电相关应用的有前途的候选材料。在这里，我们研究其潜在的应用在红外波长的模拟卤化铅钙钛矿为基础的量子阱系统的子带间跃迁。通过求解一维薛定谔方程，计算了单阱和双阱结构的能级、波函数和子带间跃迁能.通过调整量子阱和势垒的厚度，我们能够调整子带间跃迁能量，以覆盖广泛的红外波长范围。我们还发现，铅卤化物钙钛矿基量子阱具有高的吸收系数，这是有益的，其潜在的应用在红外光电探测器。基于钙钛矿的量子阱系统的广泛可调谐的跃迁能量和高吸收系数，结合其独特的材料和电学性质，可以实现用于开发红外光电探测器的替代材料系统。
2023-02-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Large Polaron Generation and Dynamics in 3D Metal-Halide Perovskites
近年来，金属卤化物钙钛矿在光电应用及其基本性质方面引起了极大的兴趣。由于软晶格的大的电子-声子耦合特性，预期自陷现象将主导混合钙钛矿光激发动力学。然而，虽然在低维钙钛矿中证明了小极化子的光生，但在技术相关的3D钙钛矿中极化子激发的性质及其对载流子传输的影响仍然难以捉摸。在这项研究中，我们使用了第一原理计算和先进的光谱技术的组合，跨越整个光学频率范围，以确定3D金属卤化物钙钛矿中的极化子特征。中红外光诱导吸收显示了与低能量的间隙内电子跃迁的寿命高达ms的时间尺度，和振动模式的频率和振幅重整化的光生态。密度泛函理论支持分配的光谱特征，大极化子导致新的内部间隙跃迁，硬化的声子模式频率，和重整化的振子强度。理论提供了定量估计的载流子的质量和迁移率增加后，极化子形成，证实了实验结果。总体而言，这项工作有助于完成的情况下，在金属卤化物钙钛矿的光激发，并强调了极化输运的钙钛矿基光电子器件的重要性。
2019-05-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
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
Solid-state ionic rectification in perovskite nanowire heterostructures
卤化物钙钛矿材料因其出色的光电应用而引起越来越多的研究关注。由于其低活化能，离子迁移与卤化物钙钛矿器件的长期稳定性和许多不寻常的输运行为有关。然而，卤化物钙钛矿晶体中离子传输的精确控制仍然具有挑战性。在这里，我们可视化和量化的电场诱导的卤素离子迁移的轴向CsPbBr $_3$ -CsPbCl $_3$纳米线异质结构，并证明了固态离子整流，这是由于在纳米线中的离子空位的非均匀分布，从电屏蔽和它们的创建和破坏之间的竞争在电极界面的结果。非对称异质结构特性在以卤化物钙钛矿作为构建块的先进离子电路的设计中为离子运动操纵添加了额外的旋钮。
2020-07-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Methylamine Vapor Exposure for Improved Morphology and Stability of Cesium-Methylammonium Lead Halide Perovskite Thin-Films
混合阳离子铯-甲基铵卤化铅钙钛矿（CsxMA 1-xPbI 3-xBrx）薄膜已被用于证明稳定和有效的钙钛矿器件。然而，Cs掺入对钙钛矿薄膜性能的系统研究还没有报道。研究了铯掺杂对钙钛矿型铯-甲基铵卤化铅薄膜少子复合寿命的影响。随着铯浓度的增加，所沉积的钙钛矿膜的寿命降低。然而，混合阳离子钙钛矿膜更稳定，在环境暴露9小时后显示出比刚沉积后（6-13微秒）更高的寿命（15-20微秒）。采用甲胺蒸汽曝光（MVE）技术改善了薄膜的形貌。经MVE处理的膜更多地沿（110）方向取向，并且在环境中甚至更稳定，其中Cs0.10MA0.90PbI2.90Br0.10膜在环境暴露9小时后显示出几乎50微秒的寿命，是可比较的MAPbI 3膜的寿命的两倍。这些结果揭示了为什么混合阳离子铯-甲胺卤化铅钙钛矿薄膜更适合于高效和稳定的钙钛矿太阳能电池。
2017-12-25 physics.app-ph
The influence of additives in the stoichiometry of hybrid lead halide perovskites
我们研究了在商业钙钛矿前体油墨的加工中使用精心选择的溶剂添加剂，并分析了它们对有机金属三卤化物钙钛矿光伏器件性能的影响。我们提供的证据表明，使用苯甲醛可以作为一种有效的方法，以保持溶液中的钙钛矿前体的化学计量。基于苯甲醛的添加剂工程表明可以改善三卤代钙钛矿太阳能电池的钙钛矿固态薄膜形态和器件性能。
2018-07-19 physics.app-ph
Antiferromagnetic Order in the Rare Earth Halide Perovskites CsEuBr$_3$ and CsEuCl$_3$
实验表明，CsEuBr $_3$和CsEuCl $_3$分别在2.0 K和1.0 K的Neel温度下是反铁磁有序的磁性半导体.考虑到CsEuCl $_3$的纳米颗粒和薄膜已经被报道在类似的温度下铁磁有序，我们在CsEuBr $_3$和CsEuCl $_3$中对反铁磁有序的观察扩展了卤化物钙钛矿的可能应用，现在包括自旋电子器件，其中铁磁和反铁磁器件都可以由单一材料制造。我们的密度泛函理论计算也支持CsEuCl $_3$可用作可开关磁性材料的结论。
2022-09-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Intrinsic Limits of Charge Carrier Mobilities in Layered Halide Perovskites
本文通过从头算方法研究层状卤化物钙钛矿载流子迁移率低于三维体系的原因，揭示其主因是带边电子态密度增加而非电子-声子耦合增强，并指出这是由维度降低和八面体连通性中断导致的内禀限制。
2024-06-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
A microstructural analysis of 2D halide perovskites: Stability and functionality
最近的观察表明，钙钛矿材料的光电转换特性与其中超晶格结构和其他不寻常的纳米尺度特征的存在密切相关。低维或混合维卤化物钙钛矿家族被发现是比三维卤化物钙钛矿更有效的器件应用材料。钙钛矿太阳能电池的出现，由于其灵活的结构和快速提高的效率，彻底改变了太阳能电池行业。调节介电常数、电荷分离是设计可以使用二维钙钛矿家族开发的光伏器件的主要目标。因此，重新审视钙钛矿晶体的基本性质可以揭示进一步认识这些改进对器件功能的可能性。在此背景下，本文讨论了二维卤化物钙钛矿的材料特性和相关的光电子器件，特别是针对太阳能电池的应用。
2021-04-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Polar Solvent Vapour Induced Photo-Physical Properties on the Solid-State Organometallic Halide Perovskite Nanocrystals
有机金属卤化物钙钛矿材料的光电应用，发光体和光致发光器件，取决于多晶薄膜上晶粒中载流子的动力学。特别地，极性溶剂蒸气使钙钛矿重结晶并改变其晶粒尺寸。本文采用密度泛函理论计算方法对各种极性溶剂进行了评价。并建立了这些溶剂的化学计量处理，提高了光致发光强度。讨论了引起荧光增强和量子限域效应的溶剂性质。
2018-03-29 physics.app-ph
Metamaterial enhancement of metal-halide perovskite luminescence
金属卤化物钙钛矿作为用于发光应用的可溶液加工的光学材料迅速出现。在这里，我们采用等离子体超材料的方法来增强光致发光发射和提取的甲基碘化铅铵（MAPbI3）薄膜，基于珀塞尔效应。我们发现，杂交的活性金属卤化物膜与共振纳米级大小的狭缝雕刻成一个金膜可以产生超过一个数量级的发光强度增强，和发光寿命减少近三倍。这显示了共振纳米结构在可调光谱范围内控制金属卤化物钙钛矿发光特性的有效性，这是一种实现高效钙钛矿发光器件和单光子发射器的可行方法。
2020-05-22 physics.app-ph physics.optics
Optical cooling of lead halide perovskite nanoparticles enhanced by Mie resonances
卤化物钙钛矿是一类在室温下具有高效发光和强电子-声子相互作用的半导体材料，具有良好的光制冷性能。另一方面，基于钙钛矿的纳米光子设计将允许在纳米级进行有效的光学冷却。在这里，我们提出了一种新的策略，在纳米级的基础上，在卤化物钙钛矿纳米粒子的光学共振工程的光学冷却增强。即，纳米颗粒中的光致发光上转换效率通过在发射和吸收波长处激发米氏共振来优化。在波长980 nm和中等强度（7 × 10 $^6$ W/cm 2）的CW照射下，对于玻璃衬底上的混合卤化物钙钛矿（CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$）530 nm纳米颗粒，实现了超过100 K的优化的理论光致温度降低。优化制度起源于同时激发的磁四极和磁八极在泵浦和发射波长，分别。热敏感的光致发光信号和卤化物钙钛矿纳米腔制造的简单性的组合将为实现用于高级应用的纳米级光学冷却器铺平道路。
2019-05-30 physics.app-ph physics.optics
Broadband antireflection with halide-perovskite metasurfaces
基于光学谐振介质纳米结构的元光学是一个发展迅速的研究领域，具有许多潜在的应用。卤化物钙钛矿超颖表面最近出现作为一种新的平台的元光学，它们提供了独特的机会，控制光在光电子器件。在这里，我们采用广义Kerker条件来重叠MAPbBr 3钙钛矿超颖表面的每个元原子中的电和磁Mie共振，并证明宽带抑制反射下降到4%。我们还发现，超颖表面纳米结构也有利于光致发光的增强。我们的研究结果可能是有用的应用程序的纳米结构的卤化物钙钛矿在photoproteics和半透明的多功能元器件，反射减少是重要的，他们的高效率。
2020-08-04 physics.app-ph physics.optics
Mixed Halide Perovskite Light Emitting Solar Cell
有机-无机卤化物钙钛矿最近已成为高效发光二极管（LED）和太阳能电池（SC）的有前途的材料。尽管钙钛矿SC和LED的效率已经是最好的，但是能够以高效率在这两种状态下工作的钙钛矿双功能器件的开发仍然具有挑战性。在这里，我们证明了基于混合卤化物钙钛矿CH 3 NH3 PbBr 2 I的双功能器件可以通过在开路Voc或在Vpol ~ 1 - 2 V的小偏压下暴露于太阳而以低阈值电压Vth < 2 V从SC切换到LED。这种光极化通过甲基铵形成原位p-i-n结（CH 3 NH3+，MA+）和I-/Br-离子迁移到界面，降低电荷注入势垒，并在钙钛矿LED中自平衡注入电流。我们发现，在光极化之前，电致发光（EL）是非常不稳定的LED政权，而光极化后，稳定的EL表现出不寻常的动态，随着时间和极化周期数增加，而Vth和注入电流降低循环运行。此外，光诱导和电流诱导的卤化物偏析随着循环而累积，这被发现对LED是有益的，增加了其效率和亮度，但可逆地降低了光伏（PV）性能，这可以容易地恢复。
2018-10-04 physics.app-ph
Halide-Perovskite Resonant Nanophotonics
卤化物钙钛矿是近年来出现的一种在光电子学和光电子学中有广泛应用前景的材料。最近的研究表明，由于低成本的制造，高值的折射率，激子在室温下的存在，宽带带隙的可调谐性，高的光学增益和非线性响应，以及它们与其他类型的结构的集成的简单性，它们的光学性能先进的纳米光子器件的设计许多新的机会。本文综述了近年来纳米结构钙钛矿晶体光学效应的研究进展及其潜在应用。
2018-07-13 physics.app-ph physics.optics
Triple Halide Wide Bandgap Perovskites for Efficient Indoor Photovoltaics
由于物联网（IoT）的不断发展，室内光生物学受到了极大的关注。在这里，我们报告了一个三重阴离子（TA）钙钛矿CH3NH3PbI2.6（BrCl）0.2与定制的带隙适合最大限度地提高室内光捕获相比，甲基铵碘化铅CH 3 NH3 PbI 3。性能最好的TA钙钛矿室内光伏器件在1000勒克斯室内照明（0.3 mW/cm 2辐照度）下实现了25.1%的稳态功率转换效率（PCE），输出功率密度为~ 75 microW/cm 2。该PCE几乎比基于CH 3 NH3 PbI 3的等同器械高40%（PCE为17.9%）。采用三阴离子合金化方法可以提高载流子寿命，降低陷阱态密度，改善晶体质量。通过连续降低氯含量并将其与相应的光伏器件性能相关联，进一步研究了氯（Cl）在TA基室内光伏器件的更好性能中的决定性作用。用未掺杂的P3 HT代替常用的空穴传输层Spiro-MeO 2，发现在室内照明条件下显著降低了电流-电压滞后。石墨烯涂层纺织纤维基温度传感器成功地由三阴离子钙钛矿室内光伏器件供电。本研究的结果展示了一种新的途径，可以最大限度地提高卤化物钙钛矿室内光伏器件的PCE及其在物联网行业中的应用潜力。
2023-01-31 physics.app-ph
Triplet-sensitization by lead halide perovskite thin films for near-infrared-to-visible upconversion
由于钙钛矿太阳能电池效率的爆炸性增长，卤化铅基钙钛矿薄膜引起了极大的关注。使钙钛矿成为太阳能电池中理想的吸收剂材料的相同光电性质在其他光捕获应用中也是有益的，并且使它们成为通过红荧烯中的三重态-三重态湮灭的上转换中的三重态敏化剂的主要候选者。在这方面的贡献，我们利用长的载流子寿命和载流子的扩散长度在钙钛矿薄膜，其高吸收截面在整个可见光谱，以及强的自旋轨道耦合由于丰富的重原子敏化的上转换红荧烯。采用体钙钛矿薄膜作为无机/有机异质结上转换器件中的吸收层和自旋混合器允许我们放弃由于胶体敏化剂所需的钝化配体而产生的额外隧穿势垒。我们的双层器件在785 nm光照下的上转换效率超过3%。
2019-02-15 physics.app-ph
DFT analysis and FDTD simulation of CH3NH3PbI3-xClx mixed halide perovskite solar cells: role of halide mixing and light trapping technique
由于钙钛矿太阳能电池在过去几年中吸引了很多关注，因此提高其光吸收和电流密度是未来的基本挑战之一。为此，首先，我们采用密度泛函理论（DFT）研究了有机-无机混合卤化物钙钛矿CH 3 NH3 PbI 3和氯卤素掺杂的化合物CH 3 NH3 PbI 3-xClx在立方相中的结构和光学性质。然后，利用计算得到的光学常数（n，k），研究了单结钙钛矿太阳电池CH_3 NH_3 PbI_3-xCl_x在x= 0，1，2，3时的光吸收效率和光电流密度。结果表明，随着氯含量的增加，CH 3 NH3 PbI 3-xClx化合物的带隙能增加，晶格常数和光学性质如折射率和消光系数降低.模拟结果表明，利用SiO_2的光捕获技术，可以显著提高光吸收率，达到83.13%。
2017-04-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Amplified Spontaneous Emission and Random Lasing in MAPbBr$_3$ Halide Perovskite Single Crystals
卤化物钙钛矿是一种很有前途的光增益介质，具有高的可调谐性和简单的溶液合成。在这项研究中，两个增益制度，即放大自发发射和随机激光，在同一个MAPbBr $_3$卤化物钙钛矿单晶被证明。为此，在4 K的温度下测量光致发光，用具有80 MHz重复率的UV光进行脉冲飞秒泵浦。在样品的区域中观察到随机激光，其中由于裂纹和晶体缺陷而形成随机谐振器。在样品的更均匀的区域中，占主导地位的机制是放大的自发发射。这两个制度可靠地区分的线宽，模式结构，阈值后的强度的增长，和辐射的偏振度。受激发射在束缚激子共振以下的光谱局域化引起了关于卤化物钙钛矿激光器中发射起源的问题。
2020-04-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Active meta-optics and nanophotonics with halide perovskites
基于光学谐振全介质结构的元光学是一个快速发展的研究领域，其潜在的低损耗高效元器件的应用驱动。有源发光亚波长纳米结构和超颖表面对于超光学特别感兴趣，因为它们为新型紧凑光源和纳米激光器提供了独特的机会。近年来，卤代钙钛矿的研究因其优异的光学和电学性能而引起了人们的极大关注。因此，这一系列材料可以为现代纳米光子学和元光学提供一个有前景的平台，从而克服与使用传统半导体材料相关的许多障碍。在这里，我们回顾了卤化物钙钛矿超光学领域的最新进展，重点关注新兴的有源元器件领域的发光纳米天线和超表面。
2019-06-13 physics.app-ph physics.optics
Resonant Silicon Nanoparticles for Enhanced Light Harvesting in Halide Perovskite Solar Cells
共振胶体纳米颗粒的实现，以提高性能的有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池是非常有前途的方法，因为它是兼容的溶液处理技术用于任何有机材料。此前，共振金属纳米颗粒已被纳入钙钛矿太阳能电池中，以获得更好的光吸收和电荷分离。然而，高的固有光损耗和贵金属与钙钛矿中卤化物的高反应性是这种方法的主要限制因素。反过来，低损耗和化学惰性的共振硅纳米颗粒允许在纳米尺度下的光捕获和增强，适用于薄膜光致发光。在这里，光电流和填充因子增强介观超结构的有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池，将共振硅纳米粒子之间的介孔TiO 2传输和活性层，证明。这导致器件效率提高到18.8\%，填充因子提高到79\%，是先前报道的将纳米颗粒掺入到基于CH 3NH3PbI3（MAPbI3）钙钛矿的太阳能电池中的值中的记录。理论建模和光学表征揭示了Si纳米颗粒在有源层中增加光吸收而不是更好的电荷分离的重要作用。所提出的策略具有普遍性，可应用于各种组成的钙钛矿太阳能电池，以及在其他光电子器件。
2018-07-13 physics.app-ph physics.optics
Kinetic Suppression of Photoinduced Halide Migration in Wide Bandgap Perovskites via Surface Passivation
研究通过APTMS表面钝化减缓FA$_{0.8}$Cs$_{0.2}$Pb(I$_{0.8}$Br$_{0.2}$)$_3$宽禁带钙钛矿的光致卤化物迁移，结合SKPM和光致发光光谱证实其动力学抑制效应，为高效稳定器件提供新途径。
2023-09-12 physics.app-ph physics.chem-ph
Laser-induced metal halide perovskite-rGO nanoconjugates as anode material in Zn-air supercapacitors
本研究提出了一种室温激光触发方法，将CsPbBr3纳米晶体锚定在rGO上形成复合电极，显著提升了锌空气超级电容器的比容量。
2023-07-28 physics.app-ph physics.chem-ph
Room-temperature continuous-wave operation of organometal halide perovskite lasers
溶液处理的有机-无机卤化铅钙钛矿最近已经成为可调谐半导体激光器的有前途的增益介质，并且已经成为与无机III-V族半导体竞争的芯片级激光器的材料候选者。虽然室温下的电泵浦激光是最终目标，但迄今为止尚未实现室温下的光泵浦连续波激光，这是激光二极管的先决条件。在这里，我们报告激光作用在硅衬底上的表面发射分布反馈甲基铵碘化铅（MAPbI 3）钙钛矿激光器，在室温下连续波光泵浦，在周围的空气环境。这种出色的性能是通过13 W/cm 2的超低激光阈值实现的，这是通过热纳米压印光刻实现的，该光刻直接将钙钛矿图案化为具有大模式限制的高Q腔，同时改善钙钛矿发射特性。我们的研究结果代表了实现钙钛矿激光二极管的重要一步，这是必不可少的，在未来的钙钛矿激光器插入到光子集成电路，在光学计算，传感和片上量子信息的应用。
2018-06-26 physics.app-ph physics.optics
Thing-to-Thing Optical Wireless Power Transfer Based on Metal Halide Perovskite Transceivers
本文提出了一种新的概念系统的光学无线电力传输之间的对象，无论是静止或运动。与现有的光无线电能传输系统不同，其中光发射器和接收器是两个不同的设备，本文提出的系统采用单个设备-光收发器，其能够同时作为光吸收和发射工作。该光收发器由金属卤化物钙钛矿制成，其具有优越的特性，例如低成本，能够灵活地附着在弯曲表面上，薄且重量轻。因此，整个系统的尺寸和成本可以显着降低，而钙钛矿收发器可以适应任何表面。这将有助于实现物对物的光学无线电力传输系统，其中物体/物体的表面被钙钛矿收发器（完全或部分）覆盖，使它们能够从其他物体无线充电或放电。
2020-09-14 cs.SY eess.SY physics.app-ph
