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
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
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
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
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
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
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
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
Strain-driven topological quantum phase transition in the family of halide perovskites
中心对称的卤化物钙钛矿在应变临界值处经历从正常绝缘体到拓扑绝缘体的连续相变。因此，在非中心对称的卤化物钙钛矿中，这种相变是不连续的。非中心对称性不稳定的无带隙状态，导致在带隙的不连续性。我们采用密度泛函理论和Slater-Koster形式主义的紧束缚哈密顿研究来理解卤化物钙钛矿在压缩应变下的能带拓扑结构的演化。我们的研究表明，立方和伪立方FAPbI $_3$进行Pb $\textit{s-p}$带反转$γ$（V/V $_0$）= 0.76和0.73，分别。立方钙钛矿在$\overline{M}$处显示表面态，而伪立方结构在$\overline{M}$附近显示两个导电态，这与常规拓扑绝缘体不同。Pb-Pb第二近邻相互作用决定了这种拓扑相变。此外，我们还模拟了混合阳离子卤化物钙钛矿Cs $_x$ MA $_{1-x}$ PbI $_3$（\textit{x} = 0.25，0.5和0.75），以研究它们的拓扑性质。Cs $_{0.5}$ MA $_{0.5}$ Pb I $_3$在$γ$ = 0.74处示出非平凡拓扑。此外，我们已经检查了不同的应变配置使用ab \textit{initio}分子动力学在操作温度下的结构稳定性。它们在压缩下的结构稳定性加强了实验的相关性。
2023-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Three-Dimensional to Layered Halide Perovskites: A Parameter-Free Hybrid Functional Method for Predicting Electronic Band Gaps
针对标准杂化泛函预测3D及层状卤化物钙钛矿带隙的不足，本研究评估DSH泛函，提出基于对应3D钙钛矿介电常数的改进策略，提升预测精度，为光电子材料建模提供高效无参数方法。
2025-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic insights into the degradation of halide perovskites: a reactive force field molecular dynamics study
卤化物钙钛矿由于其特殊的光电性质而制成高效的太阳能电池，但存在若干稳定性问题。由于实验中时空分辨率的限制以及缺乏有效的计算方法来研究反应过程，降解过程的表征具有挑战性。在这里，我们提出的第一个努力，在发展反应力场的大规模分子动力学模拟的相不稳定性和缺陷诱导的降解反应在无机CsPbI $_{3}$。我们发现，相变的钙钛矿晶格的非谐性与热熵的组合驱动。在相对低的温度下，Cs阳离子倾向于远离与周围金属卤化物骨架良好接触的优先位置，潜在地导致其转化为非钙钛矿相。我们的缺陷结构的模拟表明，虽然碘空位和杂质在钙钛矿晶格中是非常移动的，但空位对稳定性有不利影响，引发钙钛矿分解反应为PbI $_{2}$。我们的工作提出ReaxFF作为一个有效的计算框架，研究反应过程中的卤化物钙钛矿。
2021-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and gap properties of lead-free perfect and mixed hybrid halide perovskites: An \textit{ab-initio} study
由于其在光电子学和太阳能电池中的潜在应用，混合卤化物钙钛矿目前正处于激烈的研究中。其中，MAPbI $_3$（其中MA代表甲基铵阳离子）表现出用于太阳能电池的理想性质。为了尝试鉴定新的无铅卤化物钙钛矿，我们使用\textit{ab-initio}电子结构计算结合杂化泛函研究了一系列MABX $_3$化合物，其中B是二价阳离子，X是卤素原子。我们的研究结果表明，所研究的化合物表现出各种晶格常数和能带隙。特别地，MAZnCl $_3$、MACdBr $_3$、MAGeCl $_3$和MAGeBr $_3$易于在器件中取代MAPbI $_3$，因为它们显示出相当的能隙。对混合混合卤化物钙钛矿的进一步计算表明，尽管不存在简化的模式，但我们可以调整能隙的值。我们的研究结果为进一步研究这些材料在技术相关应用中的用途铺平了道路。
2017-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Properties of Formamidinium Halide Perovskites FABX3 (FA = CH(NH2)2; B = Pb, Sn; X = Br, I) From First-Principles
采用第一性原理计算系统研究了钙钛矿FABX 3（FA = CH（NH 2）2; B = Pb，Sn; X = Br，I）的力学性能.研究结果表明，FABX 3钙钛矿具有良好的机械柔性、延展性和强的各向异性。结果表明，平面有机阳离子FA+对FABX 3钙钛矿材料的力学性能有重要影响。此外，我们的研究结果表明：（i）FABBr 3的模量（体积模量B，杨氏模量E和剪切模量G）大于FABI 3的相同的B原子和（ii）FAPbX 3的模量大于FASnX 3的相同的卤素原子。基于投影晶体轨道Hamilton布居方法，通过对B原子与X原子间键强度的分析，论证了这两种趋势的原因。
2019-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Halide Composition on the Photochemical Stability of Perovskite Photovoltaic Materials
在使用集中阳光的加速应力下研究了具有一定范围的MAPb（I1-xBrx）3组合物（固溶体）的混合卤化物钙钛矿的封装膜的光化学稳定性。通过紫外-可见光谱和X射线衍射（XRD）分别记录了薄膜的光吸收和相应的结构变化。MAPbBr 3膜未表现出降解。在MAPbI 3和混合卤化物MAPb（I1-xBrx）3薄膜中，记录了钙钛矿材料的分解和无机PbI 2的结晶，以及相应的光吸收退化。溴的引入会使固溶体的结构受到应力，加速其降解。通过与户外阳光照射下的降解实验进行比较，证实了加速测试与太阳能电池标准操作条件的相关性。讨论了混合卤化物组合物稳定性降低的原因。
2016-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Metal Halide Perovskite Nanocrystals: Synthesis, Post-Synthesis Modifications and Their Optical Properties
金属卤化物钙钛矿代表了一个蓬勃发展的研究领域，这是由其在光电子学和光电子学中的潜在应用以及支撑其独特光电特性的基础科学驱动的。用于合成卤化物钙钛矿纳米晶体的胶体方法的出现引起了人们对这种新型材料的内部方面的关注，首先是它们的缺陷容限。这篇综述的目的是提供一个更新的调查，这个快速发展的领域，主要集中在他们的胶体合成。我们研究了不同胶体合成路线的化学和能力，以控制所得纳米晶体的形状，尺寸和光学性质。我们还提供了最新的概述，其合成后的转变，并总结了各种解决方案的目的是制造卤化物钙钛矿基纳米复合材料。然后，我们审查的卤化物钙钛矿纳米晶体的基本光学性质，通过专注于其线性光学性质，量子限制的影响，然后，在目前的知识，他们的激子结合能。我们还讨论了非线性现象的出现，如多光子吸收，双激子和载流子倍增。最后，我们提供了该领域的前景，最有说服力的开放问题和可能的未来方向。
2020-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic femtosecond charge generation dynamics in a single crystal organometal halide perovskite
混合金属有机钙钛矿太阳能电池在过去三年中以其效率的快速提高震惊了太阳能电池界。尽管取得了这一成功，但支配自由电荷光生的基本过程，特别是它们的动力学和效率，仍然是未知的。在这里，我们使用太赫兹频率光的超宽带脉冲来观察单晶卤化铅钙钛矿在光子第一次被吸收后的飞秒内的固有物理特性。我们的光谱揭示了自由电荷产生的动力学和效率，它们在晶格中移动的显着容易性以及这些材料中自由电荷和束缚电荷之间复杂的相互作用。
2015-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Impact of Small Phonon Energies on the Charge-Carrier Lifetimes in Metal-Halide Perovskites
基于金属卤化物钙钛矿吸收层的太阳能电池已经产生了具有长非辐射寿命的出色光伏器件，这是实现高效率的关键特征。如果电子-空穴对的能量到振动能量的转移是缓慢的，则发生长的非辐射寿命，这是由于例如，低密度的缺陷、弱的电子-声子耦合或单个跃迁所需的大量声子的释放。在这里，我们讨论了金属卤化物钙钛矿的已知材料特性（如折射率，声子能量和有效质量）的影响，并将其与极性半导体中的电子-声子耦合和多声子跃迁率的基本模型相结合。我们发现，低声子能量的MAPbI $_3$导致一个强烈的依赖于陷阱位置的复合率，这可以很容易地推断出从底层的物理效应确定非辐射跃迁。在这里，我们表明，这是重要的非辐射复合动力学的金属卤化物钙钛矿，因为它意味着这些系统是相当不敏感的缺陷，不是在midgap能量。这可以导致长寿命，这表明低声子能量可能是具有金属卤化物钙钛矿的光电子器件的高性能的重要因素。
2018-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of ion demixing in halide perovskites using Cahn-Hilliard equation
本文利用Cahn-Hilliard方程数值模拟混合卤化物钙钛矿的光致离子反混合，发现弹性变形抑制反混合而自由载流子促进反混合，且两者导致不同离子分布。
2024-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Cation Dynamics in Hybrid Halide Perovskites
混合卤化物钙钛矿半导体表现出复杂的动力学无序，同时也具有理想的光电应用，包括光电子学的性能。然而，这些材料在结构和组成上不同于由四面体配位元素组成的“传统”化合物半导体，其平均价电子数为硅。如这里所讨论的，混合卤化物钙钛矿的额外的动态自由度是其许多潜在的变革性物理性质的基础。这些材料的原子动力学的中子散射和光谱学研究已经产生了重要的见解的功能特性。具体来说，非弹性中子散射已被用来阐明声子能带结构，和准弹性中子散射（QENS）揭示了性质的不相关的动力学有关的分子重新取向。了解这些复杂的半导体动力学阐明了温度依赖的相稳定性和起源的缺陷容忍电子输运从高度极化的介电响应。此外，混合钙钛矿的动态自由度为应用工程和创新提供了额外的机会。
2020-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Anharmonicity and Ultra-Low Thermal Conductivity in Lead-Free Halide Double Perovskites
无铅卤化物双钙钛矿类材料为解决与Pb的毒性和含铅卤化物钙钛矿的长期稳定性相关的问题提供了有希望的场所。我们提出了一个第一性原理研究的晶格振动Cs $_2$ AgBiBr $_6$，在这一类的原型化合物，并表明，Cs $_2$ AgBiBr $_6$的晶格动力学是高度非谐的，主要是关于倾斜的AgBr $_6$和BiBr $_6$八面体。使用的能量和温度依赖的声子谱函数，然后，我们展示了如何实验观察到的双到四相转变是由软声子分支的崩溃。我们最终揭示了Cs $_2$ AgBiBr $_6$的柔软性和非谐性产生了超低的热导率，出乎意料的高对称性立方结构。
2019-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Optical Phonons in Methylammonium Lead Halide Perovskites and Implications for Charge Transport
卤化铅钙钛矿是一种很有前途的光电子材料。最近的报道表明，它们的力学和电子性能受到晶格振动的强烈影响。本文报道了CH $_{3}$ NH $_{3}$ Pb（I/Br/Cl）$_{3}$薄膜和单晶在室温下的远红外光谱测量和光谱的详细定量分析。我们发现所有三种卤化物钙钛矿的晶格振动的强加宽和非谐性，这表明在室温下的铅卤化物笼的动态无序。我们确定的横向和纵向光学声子的频率，并使用它们来计算，通过适当的模型，静态介电常数，极化子质量，电子-声子耦合常数，和上限的声子散射有限的载流子迁移率。在所用模型的限制内，我们可以将MAPbI $_{3}$单晶中室温载流子迁移率的上限设为200 $\,$ cm $^{2}$ V $^{-1}$ s $^{-1}$。我们的研究结果对于理解金属卤化物钙钛矿中的电荷传输过程和机械性能具有重要意义。
2016-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Pressure induced band structure evolution of halide perovskites: a first-principles atomic and electronic structure study
基于密度泛函理论（DFT）的计算已经进行，以绘制有机和无机卤化物钙钛矿材料的各个相中的压力诱导的能带结构演化的宽图。在较宽的压力范围内，观察到不同相的有机和无机钙钛矿之间具有不同的能带结构行为，包括带隙的大小变化、直接-间接/间接-直接带隙转变以及CBM/VBM位移。通过原子结构和电子结构计算，通过晶体轨道耦合变换解释了禁带变窄/变宽的合理性;基于结构对称性演化解释了直接-间接相互跃迁;分析了有机和无机钙钛矿之间不同的VBM/CBM位移行为，重点关注八面体外分子/原子的取向和极性。这些结果为钙钛矿材料压力工程的进一步实验研究提供了全面的指导。
2018-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Modeling of Lead Halide Perovskites for Photovoltaic Applications
采用全势线性缀加平面波方法，对六种卤化铅半导体，即CH_3 NH_3 PbI_3，CH_3 NH_3 PbBr_3，CsPbX_3（X=Cl，Br，I）和RbPbI_3进行了第一性原理计算.交换模型采用修正的Becke-Johnson势。与一个适当的选择的参数，定义这种潜力，一个很好的协议之间获得的计算和实验的带隙的六个化合物。我们评论的可能性，立方相CsPbI 3，在静水压力下，可能是一个拓扑绝缘体。
2014-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Self-regulation mechanism for charged point defects in hybrid halide perovskites
混合卤化物钙钛矿如甲基铵碘化铅（CH3NH3PbI3）尽管在低温下从溶液中处理，但仍表现出异常低的游离载流子浓度。我们证明，通过量子力学计算，这种现象的起源是一个流行的离子在电子无序的化学计量材料。肖特基缺陷形成提供了一种通过带电点缺陷的离子补偿来自调节载流子浓度的机制。在室温下，平衡电荷空位浓度预计超过0.4%。这种行为违背了无机半导体的既定缺陷惯例，对光伏性能有影响。
2014-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Accurate and efficient band gap predictions of metal halide perovskites using the DFT-1/2 method: GW accuracy with DFT expense
金属卤化物钙钛矿的出色的光电子学和光伏特性，包括高载流子迁移率、低载流子复合率和可调谐的光谱吸收范围，归因于这些材料的独特的电子特性。虽然DFT提供了可靠的钙钛矿结构和稳定性，但它在电子结构预测方面表现不佳。相对论GW近似已被证明能够准确地捕获电子结构，但计算成本极高。本文报道了用近似准粒子DFT-1/2方法对卤化物金属钙钛矿的能带隙进行了有效而精确的计算。以AMX_3（A = CH_3 NH_3，CH_2NHCH_2，Cs; M = Pb，Sn，X=I，Br，Cl）为例，系统地研究了晶体结构（立方、四方或正交）、离子的变化（不同的A，M和X）以及相对论效应对电子结构的影响，并与实验结果进行了比较。我们的研究结果表明，DFT-1/2方法产生准确的带隙与GW方法的精度，没有更多的计算成本比标准DFT。这为复杂卤化物钙钛矿结构的精确电子结构预测和无铅材料的新材料设计提供了可能性。
2017-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Temperature-Dependent Chirality in Halide Perovskites
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；University of Twente（特文特大学）
研究通过二维金属卤化物钙钛矿中的手性有机阳离子诱导手性，发现温度影响手性光学和自旋选择性输运性质，通过分子动力学模拟揭示手性特征随温度变化的机制。
2024-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Resolving oxidation states and Sn-halide interactions of perovskites through Auger parameter analysis in XPS
通过XPS对Sn半导体进行可靠的化学状态分析受到Sn 3d区域中边缘观察到的移位的阻碍。特别是对于混合Sn基钙钛矿，与电荷参考相关的误差可以容易地超过化学相关的位移。研究的基础上修改俄歇参数$α'$提供了一个合适的替代方案，并已被用于解决以前在锡合金和氧化物的不同化学状态。然而，有意义的解释俄歇参数的变化对锡基钙钛矿半导体需要基础研究。在这项工作中，我们进行了全面的俄歇参数研究，通过系统的组成变化的锡卤化物钙钛矿。我们发现，除了氧化态，$α'$是高度敏感的卤化物网站的组成，诱导高达$Δα' = 2 eV$之间的ASnI $_3$和ASnBr $_3$型钙钛矿的位移。报道的$α'$对Sn氧化态、配位和局部化学的依赖性提供了一个框架，该框架能够可靠地跟踪Sn基钙钛矿和相关化合物的降解以及X-位点相互作用。这些研究的更高的鲁棒性和灵敏度不仅能够比以前进行更深入的Sn基钙钛矿表面分析，而且还提高了实验室的重现性。
2022-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Cs$_2$InAgCl$_6$: A new lead-free halide double perovskite with direct band gap
最近提出了基于铋和银的$_2$ BB $^\prime$ X $_6$卤化物双钙钛矿作为铅基混合卤化物钙钛矿的潜在环境友好替代物。特别是，Cs $_2$ BiAgX $_6$（X = Cl，Br）已被合成，并发现在可见光范围内表现出带隙。然而，这些化合物的带隙是间接的，这对于在薄膜光致变色材料中的应用不是理想的。在这里，我们提出了一类新的卤化物双钙钛矿，其中B $^{3+}$和B $^{+}$阳离子分别是In $^{3+}$和Ag $^{+}$。我们的第一性原理计算表明，假设的化合物Cs $_2$ InAgX $_6$（X = Cl，Br，I）应该在可见光（I）和紫外光（Cl）之间具有直接带隙。在此基础上，我们尝试合成了Cs $_2$ InAgCl $_6$和Cs $_2$ InAgBr $_6$，并成功地合成了迄今未知的双钙钛矿结构Cs $_2$ InAgCl $_6$。X射线衍射结果表明，样品为双钙钛矿结构，空间群为$Fm\overline{3}m$。测得的带隙为3.3 eV，该化合物被发现是光敏的，并在紫外光照射下可逆地从白色变成橙色。我们还进行了经验分析的Cs $_2$ InAg X $_6$和它们的混合卤化物的稳定性的基础上Goldschmidt的规则，我们发现，它也应该有可能形成Cs $_2$ InAg（Cl $_{1-x}$ Br $_{x}$）$_6$为$x<1$。…
2017-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Spin Texture as Polarization Fingerprint of Halide Perovskites
卤化物钙钛矿材料由于具有强的自旋轨道耦合和极化场，被认为是光电子学、自旋轨道电子学和拓扑电子学中有前途的一类材料。在这里，我们开发了一个哈密顿使用准简并微扰理论来描述极化场驱动的能带结构和独特的拓扑相位，如狄拉克半金属环的通用类卤化物钙钛矿，包括无机和混合成员。通过这个理论模型得到的自旋织构捕捉到了微小的极化效应，因此可以作为一种现代工具来确定对自旋轨道电子学有重要影响的极化场方向。分析提出了混合自旋纹理的概念混杂的拓扑量子相变下的价带和导带的影响，和自旋纹理二进制的自旋对齐反转之间的域在动量空间与尖锐的边界。结果通过密度泛函计算进行了验证。
2022-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Maximising and Stabilising Luminescence in Metal Halide Perovskite Device Structures
金属卤化物钙钛矿在各种光电应用中引起了极大的兴趣。通过调整化学成分来调整钙钛矿带隙的能力开辟了作为彩色发射器和串联光致发光器件的组件的新应用。然而，非辐射损失仍然限制性能，最先进的钙钛矿太阳能电池在太阳光照条件下的发光产率仍然远未达到100%。此外，在设计用于连续带隙可调谐性（带隙~1.7- 1.9eV）的混合卤化物钙钛矿系统中，光致离子偏析导致带隙不稳定性。在这里，我们通过用钝化卤化钾中间层装饰表面和晶界，大大减轻了钙钛矿结构中的非辐射损失和光致离子迁移。我们展示了66%的外部光致发光量子产率，转化为超过95%的内部产率。实现了高的发光产率，同时保持超过40 cm 2 V-1 s-1的高迁移率，给出了高发光和优异的电荷传输的难以捉摸的组合。我们发现，当与太阳能电池器件叠层中的电极接合时，外部发光产率（必须最大化以接近效率极限的量）保持高达15%，表明非常干净的界面。我们还证明了在广泛的混合卤化物钙钛矿带隙，否则显示带隙不稳定性的光致离子迁移过程的抑制。我们验证了这些结果在全操作的太阳能电池，突出了稳定发光器件结构的重要性。我们的工作代表了可调卤化物钙钛矿薄膜和界面的构建方面的关键突破，这些薄膜和界面可以接近串联太阳能电池和彩色LED的效率极限。
2017-12-13 cond-mat.mtrl-sci
