Microscopic calculation of the optical properties and intrinsic losses in the methylammonium lead iodide perovskite system
对于钙钛矿的光电和光伏应用，了解所用材料的光学性质和固有损耗至关重要。本文以碘化甲基铵铅为例，用密度泛函理论计算了它的电子能带结构以及偶极和库仑矩阵元。这些结果作为输入的多体量子方法用于计算的吸收，光致发光，和广泛的应用条件下的光学和俄歇损耗。为了说明理论，激子的材料系统的性能进行了研究，并提出了典型的光伏操作条件和激光操作所需的载流子密度升高的数值结果。
2018-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Defect Induced Room Temperature Ferromagnetism in Methylammonium Lead Iodide Perovskite
有机-无机杂化钙钛矿的缺陷容限性质反映在其光伏性能的惊人增长中。晶格缺陷的存在可以操纵甚至产生一些特殊的性质，否则这些性质将保持不可见。在这篇文章中报道的这些属性之一是第一次在甲基铵卤化铅钙钛矿中的缺陷介导的室温铁磁性的实验观察，abinitio计算支持。理论分析表明，铁磁性主要来源于正交晶相和立方晶相的碘空位，而不是四方晶相的碘空位。低温（100 K）的铁磁磁滞回线是稳定的，即使在380 K的高温证实了这样一个事实，即磁性的起源嵌入在其有缺陷的性质。
2018-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Iodide-methylammonium interaction is responsible for ferroelectricity in CH3NH3PbI3
超过20%的优异转换效率和容易的电池生产已经将混合钙钛矿置于新型太阳能电池材料的最前沿，其中CH 3 NH3 PbI 3是其原型化合物。为什么CH 3 NH3 PbI 3具有如此非凡的特性，特别是非常有效的光吸收，这个问题一直在激烈争论，铁电性是一个有希望的候选者。然而，这确实提供了晶体结构是非中心对称的，我们在此提出了晶体学证据，以对称性破缺如何发生在晶体学上，因此长尺度，水平。虽然分子阳离子CH 3 NH3+本质上是极性的，但它是严重无序的，不能成为铁电性的唯一原因。我们表明，它，尽管如此，发挥着重要的作用，因为它扭曲了邻近的碘离子的位置，从他们的中心对称的位置。
2019-07-15 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
Phonon-pump electronic-probe study of methylammonium lead iodide reveals electronically decoupled organic and inorganic sublattices
有机-无机混合钙钛矿，如甲基铵碘化铅（CH 3 NH3 PbI 3），由于其极长的载流子寿命和扩散长度，是太阳能电池和发光器件的改变游戏规则的半导体。确定有机阳离子的大偶极矩和动力学无序是否有利于CH 3 NH3 PbI 3的光电性质一直是一个突出的挑战。在这里，通过瞬态吸收测量采用红外泵浦脉冲调谐到甲铵振动，我们观察到缓慢的，纳秒长的热耗散从选择性激发的有机模式到整个晶格。由此产生的瞬态电子签名，在热非平衡期间，当诱导的热运动主要集中在有机亚晶格上，揭示了有机阳离子的诱导运动不改变CH 3 NH3 PbI 3的吸收或光致发光响应，超越热效应。结果表明，CH_3NH_3PbI_3的光电性质主要来源于无机铅卤化物骨架.
2018-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Mechanism of the Nucleation of Methylammonium Lead Iodide Perovskite from Solution
本研究通过元动力学模拟揭示溶液中MAPI钙钛矿多阶段成核的原子机制，证实一价阳离子的关键作用，为高性能钙钛矿光电器件制备提供指导。
2019-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the Effect of Lead Iodide Excess on the Performance of Methylammonium Lead Iodide Perovskite Solar Cells
本研究结合第一性原理模拟与表面敏感光谱技术，揭示了过量碘化铅通过能带排列、缺陷调节及载流子动力学影响甲脒铅碘钙钛矿太阳能电池效率提升的机制。
2022-01-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-pressure behavior of methylammonium lead iodide (MAPbI3) hybrid perovskite
在本文中，我们提供了一个准确的高压结构和光学研究MAPbI3混合钙钛矿。结构数据表明，存在一个相变的正交结构约0.3 GPa，然后由完全非晶化的系统以上3 GPa。系统卸压后仍保持高压正交相。这些结构转变的发生进一步证实了在高压下的光致发光信号的压力引起的变化。这些变化清楚地表明，带隙值和电子结构的变化跨越相变。
2016-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the exciton binding energy and the dielectric constant in single crystal methylammonium lead tri-iodide perovskite
利用磁反射率法在很强的磁场下精确地测定了甲基三碘化铅铵单晶的激子结合能和折合质量。该单晶具有优良的光学性能，激子跃迁的线宽为$\sim 3$ meV，并且即使在零磁场下也清晰可见的2s跃迁。激子结合能的$16 \pm 2$毫电子伏在低温正交相几乎是相同的多晶样品中发现的值，至关重要地排除任何可能性，激子结合能取决于晶粒尺寸。在室温下的四元相，由高磁场下1 s-2s分裂的演化估算出激子结合能的上限为$12 \pm 4$ meV.
2017-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Methylammonium fragmentation in amines as source of localized trap levels and the healing role of Cl in Hybrid Lead-Iodide Perovskites
对深陷阱和局部缺陷形成的弹性是使材料有资格作为太阳能电池器件中合适的光吸收剂的重要方面之一。在这里，我们调查了从头计算的基础物理和化学的混合甲基铵铅碘钙钛矿中的一些可能的局部缺陷。我们的分析包括一些可能的分子片段，来自甲基铵的解离。特别地，我们发现，在化学计量条件下，氨和甲胺分子都在钙钛矿带隙内呈现孤对局域能级，而自由基阳离子CH $_2$ NH $_3$ $^+$在辐照后通过EPR观察到将部分占据的能级注入带隙中，但仅在$p$型条件下。因此，这些缺陷潜在地能够显著改变吸收和复合性质。令人惊讶的是，我们发现，额外的间隙氯是能够从带隙中删除这些本地化的状态。这些结果与所观察到的光吸收性能的改善是一致的，由于Cl夹杂物在溶液处理。
2015-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Coupling between the Unoccupied States of the Organic and Inorganic Sub-Lattices of Methylammonium Lead Iodide a Hybrid Organic-Inorganic Perovskite Single Crystal
有机-无机卤化物钙钛矿由于其应用而受到广泛的关注，但有机阳离子的光电功能仍不清楚。通过有机选择性共振俄歇电子能谱测量定义明确的单晶表面上，我们发现的证据，在未占用状态之间的有机和无机的子晶格的原型混合钙钛矿，这是相反的概念，根据以前的研究，有机阳离子是电子惰性的电子耦合。耦合与材料中的电子动力学和理解光电功能有关。
2021-05-18 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
Direct Observation of Dynamic Symmetry Breaking above Room Temperature in Methylammonium Lead Iodide Perovskite
卤化铅钙钛矿，如甲基铵三碘化铅（PbI），具有出色的光电性能，用于光伏应用，但目前缺乏对这种溶液可加工材料如何如此良好地工作的充分理解。先前的研究表明，无论制备方法如何，石墨烯都具有多种形式的静态无序，鉴于其优异的性能，这令人惊讶。利用高能量分辨率非弹性X射线（HERIX）散射，我们测量声子色散的晶体中，并找到直接证据的另一种形式的无序在单晶体：大振幅非谐带边旋转不稳定性的PbI_6八面体，持续到室温以上，遗留下来的结构相变发生几十到几百度以下。声子计算表明，这些模式的甲基铵的取向强烈的耦合和合作。其结果是一个非中心对称的，瞬时的本地结构，我们观察到在原子对分布函数（PDF）的测量。这种局部对称性破缺是布拉格衍射无法观察到的，但可以解释关键的材料特性，如结构相序，超低的热传输，和大的少数载流子寿命，尽管中等载流子迁移率。
2016-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Acoustic Phonon Lifetimes Limit Thermal Transport in Methylammonium Lead Iodide
杂化有机-无机钙钛矿（HOIP）已经成为用于太阳能电池和其他光电应用的一类重要的半导体。电子-声子耦合在所有光电子器件中起着关键的作用，尽管HOIP的晶格动力学和声子频率已经得到了很好的研究，但很少有人关注声子寿命。我们报告的第一个高精度测量的声学声子寿命的混合钙钛矿甲基铵碘化铅（CHM），使用非弹性中子光谱提供高能量分辨率和完全氘代单晶，以减少从氢的非相干散射。我们的测量揭示了皮秒量级的极短寿命，对应于纳米平均自由程，并表明声学声子无法有效地散热。晶格动力学计算从头算三阶微扰理论表明，短的寿命源于强的三声子相互作用和高密度的低能量光学声子模式有关的自由度的有机阳离子。如此短的寿命对于MEMS和其他HOIP中的电子-声子耦合具有重要意义，在热载流子的冷却和带边载流子的传输和复合中对光电子器件具有直接影响。这些发现说明了HOIP和传统光伏半导体之间的根本区别，并证明了在开发金属卤化物钙钛矿光电子器件的努力中理解晶格动力学的重要性。
2018-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Why Lead Methylammonium tri-IODIDE perovskite-based solar cells requires a mesoporous electron transporting scaffold (but not necessarily a hole conductor)
采用电子束感应电流（EBIC）对CH 3 NH3 PbI 3基太阳能电池进行了表征，并与CH 3 NH3 PbI 3-xClx基太阳能电池进行了比较。工作电池中的电荷分离效率的空间图示出了两种薄膜电池的p-i-n结构。有效扩散长度，LD，（从EBIC曲线）表明，空穴提取显着更有效地比电子在CH 3 NH3 PbI 3，解释了为什么CH 3 NH3 PbI 3为基础的电池需要介孔电子导体，而CH 3 NH3 PbI 3-xClx的，其中LD值是可比的两种电荷类型，不。
2014-01-12 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Lattice dynamics and vibrational spectra of the orthorhombic, tetragonal and cubic phases of methylammonium lead iodide
混合卤化物钙钛矿CH3NH3PbI3表现出复杂的结构行为，在约100 ℃时具有正交晶、四方晶和立方晶型之间的连续转变。165 K和327 K。在这里，我们报告的第一性原理晶格动力学（声子谱）为每个阶段的CH 3NH3PbI3。的平衡结构比较以及随温度变化的粉末中子衍射的解决方案。通过遵循正常模式，我们计算振动的红外和拉曼强度，并将它们与单晶的测量进行比较，其中拉曼激光器被控制以避免样品的劣化。尽管与无机PbI3网络和有机CH3NH3+阳离子的高频模式相关的低频模式之间的能量有明显的分离，但发现它们之间存在显著的耦合，这强调了分子取向和角共享八面体网络在结构转变中的相互作用。软模式被发现在边界处的布里渊区的立方相，与位移不稳定性和非谐性涉及倾斜的PbI6八面体在室温下。
2015-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Co-evaporation as an optimal technique towards compact methylammonium bismuth iodide layers
迄今为止报道的研究最多的钙钛矿太阳能电池在其成分中含有有毒的铅。光伏研究和开发无毒、无铅钙钛矿太阳能电池对于寻找替代品以减少与之相关的人类健康问题至关重要。铋基钙钛矿变体，特别是碘化铋甲基铵（MBI）形式的铋基钙钛矿变体，是无毒光吸收剂的良好候选物。然而，迄今为止通过溶液工艺制备的所报道的钙钛矿变体MBI薄膜遭受差的形态和表面覆盖。在这项工作中，我们首次调查的MBI薄膜的光电性能，晶体学和形态学通过热共蒸发MAI和BiI3制备。我们发现，通过修改前体比例，具有纯MBI成分的层导致均匀，致密和均匀的层，拓宽了无铅基钙钛矿太阳能电池的沉积技术的选择。
2020-06-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Origin of the Temperature-Induced Gap Bowing of Formamidinium-Methylammonium Lead Iodide Perovskites: Role of Cationic Rattlers
Institut de Ciència de Materials de Barcelona, ICMAB-CSIC（巴塞罗那材料科学研究所）；University of Bath（巴斯大学）；University of Bristol（布里斯托大学）；Cardiff University（卡迪夫大学）；ICREA（加泰罗尼亚高级研究院）
通过温度和压力依赖的光致发光测量，结合热膨胀和电子-声子相互作用，揭示了FA-MA混合阳离子铅碘钙钛矿低温相中温度诱导带隙弯曲的机制，其中电子-声子耦合由无机笼振动和FA摆动模式混合驱动。
2026-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Temperature Dependence of the Energy Levels of Methylammonium Lead Iodide Perovskite from First Principles
环境效应和固有的能量损失过程导致太阳能电池工作温度的波动，这会深刻影响其功率转换效率。在这里，我们确定从第一性原理上的带隙和带边的混合pervovoxane CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$占电子-声子耦合和热膨胀的温度的影响。从$290$到$380$ K，计算的带隙变化为$40$ meV，与实验的$30$ - $40$ meV的变化一致。CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$中电子-声子耦合的计算特别复杂，因为常用的Allen-Heine-Cardona理论高估了带隙随温度的变化，并且只有在电子-声子相互作用中包括高阶项时才能获得与实验的良好一致性。我们还发现，自旋-轨道耦合增强了电子-声子耦合强度，但包括使用混合泛函的非局域相关的影响不大。我们在金属卤化物钙钛矿CsPbI $_3$中得到了类似的结论。我们的结果明确地证实了第一次的重要性，在电子-声子耦合的直接比较与实验。
2016-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Electrically Switchable Circular Photogalvanic Effect in Methylammonium Lead Iodide Microcrystals
研究静态电场下单晶碘化甲基铵微晶的圆光电流效应，发现电场可使螺旋度依赖光电流增强两个数量级并反转符号，归因于Rashba-Edelstein效应诱导的磁位移电流，该效应表现为异常强的三阶光电响应且高度非局域。
2024-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mixed Formamidinium-Methylammonium Lead Iodide perovskite from first-principles: Hydrogen-bonding impact on the electronic properties
具有混合有机阳离子如甲基铵和甲脒鎓的杂化钙钛矿由于其改善的稳定性和改变组成来调节其性质的能力而引起了人们的兴趣。在这项工作中，我们报告的局部变化的结构和电子性质的混合A-位阳离子MA/FA碘化铅钙钛矿FAXMA 1-XPBI 3评价静态第一性原理计算在某些结构中的有机阳离子的取向的结果，从检查一些组合物的能量景观。在A位的阳离子置换形成固溶体导致无机PbI 6八面体的倾斜增加：在富FA化合物中，FA被较小的阳离子如MA置换是为了补偿较小阳离子提供的减少的空间填充，而在富MA化合物中是为了扩大较大阳离子所需的空间。事实上，八面体倾斜的影响超过了确定这些有机阳离子混合物的带隙的晶胞尺寸。计算结果表明，纯化合物中碘阴离子的氢键所起的关键作用在阳离子混合钙钛矿中得以保留。结果发现，MA-I键保持强于FA-I键在整个组合物范围内，无论单位细胞的膨胀作为FA含量的增加。我们的计算揭示了氢键如何稳定非成键的I-5 p轨道，空间上垂直于Pb-I-Pb键轴，当H-I相互作用发生时降低它们的能量，这将解释氢键在混合钙钛矿的结构稳定中的众所周知的作用。这些结果有助于理解在卤化铅钙钛矿物理中A位阳离子混合所起的作用。
2021-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Resolving the energy alignment between methylammonium lead iodide and C60: an in-situ photoelectron spectroscopy study
Uppsala University（乌普萨拉大学）；Universidade da Coruña（拉科鲁尼亚大学）
通过原位光电子能谱研究MAPbI3单晶上C60的能量对齐，发现界面化学稳定但C60向下偏移不利于电荷提取，偏移量随表面变化，并测得5单层以上时HOMO-价带偏移为0.52 eV。
2026-10-20 cond-mat.mtrl-sci
First principles study of ferroelastic twins in halide perovskites
我们提出了一个从头计算模拟的$90^{\circ}$铁弹孪晶，最近观察到的甲基铵碘化铅。有两个不等价的类型的$90^{\circ}$墙，我们计算作为电子或空穴的汇，这表明一个可能的路线，以提高光伏器件中的载流子分离。尽管分离的非极性域，我们表明这些墙有一个实质性的平面内极化的$\sim 6 \phantom{|} μ\text{C}\phantom{|}\text{cm}^{-2}$，部分原因是flexoelectric。我们认为，这反过来又可以允许光铁性效应，并在壁内为光电流创建有效的路径。
2019-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Long-range order imposed by short-range interactions in methylammonium lead iodide: Comparing point-dipole models to machine-learning force fields
MAPbI $_3$混合钙钛矿的晶体结构在升高的温度下与MA分子的不同有序模式形成复杂的静电难题。对于这种钙钛矿，将基于点偶极（PD）近似结合短程有效相互作用的三种已发表的模型哈密顿量与最近开发的机器学习力场进行比较。一个分子的序参量是用来一致地比较反铁电有序的正交相的转变时，提高温度。我们发现三种模型的基态和有序-无序转变是完全不同的。我们的分析表明，在低温正交相的长程序可以捕获的短截止半径，包括最近和次近邻分子的基于pd的模型。通过构造有效的原子相互作用，有序已经可以在6 A半径内描述。通过提取的耦合能量的分子从密度泛函理论计算MA $_x$ Cs $_{1-x}$ PbI $_3$测试系统，我们表明，Pd-近似持有至少静态结构。为了提高Pd相互作用的准确性，应用Ewald求和与距离相关的电子屏蔽函数相结合。
2019-09-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Temperature- and charge carrier density-dependent electronic response in methylammonium lead iodide
本研究通过光学泵浦-太赫兹探测和瞬态吸收光谱，在宽密度和温度范围内揭示了甲基铵铅碘化物中载流子俘获、复合及Mott转变的密度依赖机制，并构建了电子相图，为优化光电器件材料提供指导。
2025-05-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Indirect to direct bandgap transition in methylammonium lead halide perovskite
甲基铵碘化铅钙钛矿被认为是直接带隙半导体。在这里，我们表明，事实上，他们提出了一个弱间接带隙60毫电子伏以下的直接带隙过渡。这是自旋-轨道耦合导致导带Rashba分裂的结果。带隙的间接性质解释了强吸收和长载流子寿命的明显矛盾。在从环境到325 MPa的流体静压下，由于压力诱导的晶体结构的有序化，Rashba分裂减少。带隙的性质变得越来越直接，导致快五倍的载流子复合，以及加倍的辐射效率。在高于325 MPa的流体静压下，Al 2 O3经历可逆的相变，导致纯直接带隙半导体。压力引起的变化表明外延和合成路线，以更高的效率光电子器件。
2016-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Lead Iodide Perovskite Light-Emitting Field-Effect Transistor
尽管可溶液加工的杂化有机-无机钙钛矿在光伏和发光应用中广泛使用，但由于膜制备的可变性和历史依赖的器件性能，其固有电荷传输参数的测定一直是难以捉摸的。在这里，我们表明，屏蔽效应与离子传输可以有效地消除通过降低工作温度的甲基铵碘化铅钙钛矿（CH 3 NH3 PbI 3）场效应晶体管（FET）。场效应载流子迁移率被发现增加了近两个数量级低于200 K，符合声子散射有限的运输。在平衡的双极载流子注入下，从晶体管沟道也观察到栅依赖的电致发光，光谱揭示了四方晶系到正交相变。CH 3 NH3 PbI 3发光FET的首次演示提供了固有的传输参数，以指导材料和太阳能电池的优化，并将推动新的电光器件概念的发展，例如在室温下工作的门控发光二极管和激光器。
2015-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Organic Molecular Dynamics and Charge-carrier Lifetime in Lead Iodide Perovskite MAPbI$_3$
杂化有机-无机钙钛矿（HOIP）的长载流子寿命是其作为太阳能电池材料的优异性能的关键。长寿命的微观机制仍在争论中。利用μ子自旋弛豫技术探测局域磁场的涨落，我们发现HOIP甲基碘化铅铵（MAPbI $_3$）的μ子退极化率（$Δ$）在162 K时从正交晶系向四方晶系的结构转变过程中，在120 K以上和190 K以上分两步随温度的升高而急剧下降.我们的分析表明，减少$Δ$是定量与预期的行为，由于MA跳跃旋转周围的$C_3$和$C_4$对称轴的快速发展。我们的结果为MA分子电偶极子的转动与HOIP中载流子寿命的密切关系提供了直接的证据。
2022-04-04 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
Rashba-Dresselhaus Effect in Inorganic/Organic Lead Iodide Perovskite Interfaces
尽管太阳能电池效率至关重要，但钙钛矿太阳能电池与相邻载流子传输层之间界面处的有趣现象几乎没有被发现。在这里，我们表明，PbI $_2$ /Al封端的碘化铅钙钛矿（APbI $_3$ ; A=Cs $^+$ /甲基铵（MA））与石墨烯或TiO 2的电荷传输介质接口表现出相当大的/强大的Rashba-Dresselhaus（RD）效应使用密度泛函理论和从头算分子动力学（AIMD）模拟高于α相温度。在PbI $_2$封端的石墨烯/CsPbI 3（001）界面处，朝向石墨烯的铁电畸变促进反转破坏场。在MAI封端的TiO $_2$ /MAPbIPDMATHABMN（001）界面处，MAPDMATHABMO通过短强氢键和伴随的PbI $_3$畸变对TiO $_2$的定向排列保持了RD相互作用，甚至在330 K以上。即使在高温下，界面处的鲁棒RD效应也与本体不同，将直接型带改变为间接型带以抑制电子和空穴的复合，从而使这些积累的载流子克服钙钛矿和电荷转移材料之间的势垒，这提高了太阳能电池的效率。
2018-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical investigation of the role of the organic cation in methylammonium lead iodide perovskite
本研究利用考虑范德华相互作用的密度泛函理论，探讨了甲基铵分子沿C-N轴运动对钙钛矿结构与电子性质的影响，发现其通过改变I离子位置打破反演对称性并使带隙变窄约0.26 eV。
2023-02-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Infrared Spectroscopic Study of Vibrational Modes across the Orthorhombic-Tetragonal Phase Transition in Methylammonium Lead Halide Single Crystals
单晶的甲基铵（MA）卤化铅MAPbI 3，MAPbBr 3，和MAPbCl 3进行了研究，使用红外光谱分析的结构和动力学方面的过程，使这些混合钙钛矿的正交晶体结构中的MA分子的顺序的目的。我们的温度依赖性的研究集中在分析的CH/NH摇摆，C-N伸缩，和CH/NH弯曲模式的MA分子在800-1750 cm-1的频率范围内。他们提供了一个直接比较的行为的三种卤化物在交叉正交晶系-四相相变在MA卤化铅单晶。清晰地观察到所有接近相变的振动模式的剧烈变化。指出了以前没有讨论的其他光谱特征。二维正交氢键层转化为一个更三维的安排，在tetraphite相似乎是一个重要的功能，提供更深入的了解机制，导致一个自由旋转的MA分子在无机主机结构。四方晶系结构中分子位置对称性的改变似乎是正交-四方相变的一个重要特征。对于低温，可以说碘化物比溴化物和氯化物更受氢键的影响。
2018-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Mapping the Pathways of Photo-induced Ion Migration in Organic-inorganic Hybrid Halide Perovskites
有机-无机杂化钙钛矿（OIHP）由于其可调谐性和低制造成本而具有优异的光伏和光电性能，具有基本的和实际的兴趣。然而，对于实际应用，需要理解和解决诸如材料不稳定性和光暴露下钙钛矿太阳能电池中发生的光电流滞后等挑战。虽然广泛的研究表明，离子迁移是这些有害影响的一个合理的起源，离子迁移途径的详细了解仍然难以捉摸。在这里，我们报告的表征光诱导离子迁移在OIHPs使用\textit{in situ}激光照射内的扫描电子显微镜，加上次级电子成像，能量色散X射线光谱和阴极发光与不同的初级电子能量。使用甲基铵碘化铅（MAPbI $_3$），甲脒碘化铅（FAPbI $_3$）和混合甲脒-甲基铵碘化铅作为模型系统，我们观察到光诱导的长距离迁移的卤素离子超过数百微米，并阐明了各种离子的运输途径都在表面附近和内部的OIHP，包括铅离子的垂直迁移的一个令人惊讶的发现。我们的研究为OIHP中的离子迁移过程提供了见解，可以帮助OIHP材料在未来应用中的设计和加工。
2022-10-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Breaking the Boundaries of the Goldschmidt Tolerance Factor with Ethylammonium Lead Iodide Perovskite Nanocrystals
İzmir Institute of Technology（伊兹密尔理工大学）；Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工学院）
乙基铵铅碘钙钛矿纳米晶体突破金施密特耐受因子界限，通过调节尺寸可控制发光波长，且可通过部分合金化提升发光效率。
2025-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Spatially resolved studies of the phases and morphology of methylammonium and formamidinium lead tri-halide perovskites
包括MA（甲基铵）PbI $_{3}$、MAPbI $_{3-x}$ Cl $_{x}$、FA（甲脒）PbI $_{3}$和FAPbBr $_{3}$的有机-无机三卤化物钙钛矿家族由于其易于沉积和效率而对光电池领域具有巨大的影响，但是器件性能可能受到不均匀性的显著影响。在这里，我们报告的温度依赖性的微光致发光的研究，显示出强烈的空间不均匀性相关的微晶晶粒的存在下，这可以是光明和黑暗。在所有的三碘化物基材料中，有证据表明，在160 K左右观察到的四方相到正交相变在整个样品上并不均匀地发生，其中畴形成与下面的微晶晶粒有关，其中一些甚至在非常低的温度下仍保持在高温四方相。在低温下，层中的局部缺陷可以显著影响四畴。在FAPbBr $_{3}$中，观察到更宏观的畴结构，其中大量的晶粒形成相关联区域。
2016-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Capturing Excitonic Effects in Lead Iodide Perovskites from Many-Body Perturbation Theory
碘化铅钙钛矿在即将到来的光伏技术和光电子器件中引起了相当大的兴趣。因此，准确的理论描述的电子和光学性质，特别是了解这类材料中的激子效应是科学和实践的兴趣。然而，尽管过去进行了一些理论研究，但对太阳能电池性能的关键电子参数，如光学性质、有效质量、激子结合能（E $_B$）和辐射激子寿命的最准确分析在很大程度上仍然未知。在这里，我们采用最先进的第一性原理为基础的方法，即混合泛函（HSE 06）结合自旋轨道耦合（SOC），多体微扰理论（GW，BSE），模型BSE（mBSE），Wannier-Mott（WM）和密度泛函微扰理论（DFPT）。以APbI $_3$（A =甲脒（FA）、甲基铵（MA）和铯）为模型体系，从理论上分析了其光学、电子和激子性质.我们表明，调整的精确交换参数（$α$）在HSE 06计算纳入SOC，其次是Single Shot GW，和BSE在获得一个可靠的预测实验带隙发挥了关键作用。我们证明了mBSE方法改善了光谱w.r.t实验的特征。此外，WM方法和离子介电屏蔽的贡献（低于16 meV）改善E $_B$。我们的研究结果表明，直接-间接的带隙跃迁（Rashba分裂）可能是一个因素，负责降低电荷载流子复合率在MAPbI $_3$和FAPbI $_3$。阳离子“A "对于获得长寿命激子寿命的作用是很好理解的。该方法允许设计具有定制激子性质的新材料。
2020-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Time-resolved imaging of non-diffusive carrier transport in long-lifetime halide perovskite thin films
由于其特殊的半导体性能，杂化无机-有机钙钛矿显示出作为光伏吸收剂的巨大前景。在这些材料中，载流子的长程扩散允许大部分光生载流子对光伏效率有贡献。在这里，时间分辨光致发光（PL）显微镜是用来直接探测双极载流子扩散和复合动力学的混合钙钛矿。该技术应用于通过两种不同的制造路线获得的甲基铵三碘化铅MAPbI $_3$的薄膜，甲基铵三溴化铅（MAPbBr $_3$），以及甲脒三碘化铅（FAPbI $_3$）和甲基铵溴化铅FA $_{0.85}$ MA $_{0.15}$ Pb（I $_{0.85}$ Br_ ${0.15}$）$_3$的合金。膜中的平均扩散系数导致最高的器件效率和最长的寿命，即，在FA $_{0.85}$ MA $_{0.15}$ Pb（I $_{0.85}$ Br $_{0.15}$）$_3$和乙腈处理的MAPbI $_3$中，发现比其它膜低几个数量级。对时间依赖性的进一步研究显示出非扩散运输的有力证据。特别是，乙腈处理的MAPbI $_3$显示不同的扩散制度，在短期和长期的时间尺度上的有效扩散常数变化超过2个数量级。我们的研究结果还强调了这样一个事实，即在这类材料中载流子寿命的增加不一定伴随着扩散长度的增加，并且在太阳能电池工作条件下的PL量子效率是材料和最终设备质量的更大指示。
2019-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Chemical Strain Engineering of MAPbI3 Perovskite Films
介绍了一种通过改变前驱体溶液中Pb（Ac）2和PbCl 2的比例来控制甲基碘化铅铵（MAPbI 3）钙钛矿晶体中应变的新化学方法。为了观察对晶体应变的影响，使用压电响应力显微镜（PFM）和X射线衍射（XRD）的组合。的PFM图像显示的铁弹孪晶畴的平均尺寸增加时，增加的PbCl 2含量，表明在晶体应变的增加。XRD光谱支持这一观察，具有出现在光谱中的强晶体孪生特征。这种行为是由于结晶过程中的应变梯度，由于不同的蒸发速率的乙酸甲基铵和甲基氯化铵所揭示的飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）和掠入射X射线衍射（GIXRD）测量。额外的时间分辨光致发光（TRPL）显示在MAPbI 3薄膜制备较高的PbCl 2含量的载流子寿命增加，这表明具有较大的孪晶畴结构的薄膜中的陷阱密度降低。结果表明，潜在的化学应变工程作为一种简单的方法来控制应变相关的影响，在卤化铅钙钛矿。
2022-05-01 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Alerts in High-resolution TEM characterization of perovskite material
高分辨透射电镜（HRTEM）是一种强有力的结构表征工具。然而，甲基铵碘化铅（MAPbI3）钙钛矿对电子束高度敏感，并且容易分解成碘化铅（PbI2）。高分辨透射电镜表征中普遍存在着将PbI2错误标记为钙钛矿的现象，这将对钙钛矿研究领域的发展产生不利影响。在这里，MAPbI3钙钛矿校准中的错误识别进行了总结，分类和校正的基础上相应的电子衍射（ED）模拟。给出了本征四元MAPbI_3和可混六元PbI_2的晶体学参数。最后，提出了在高分辨透射电镜中正确识别位相的方法和控制辐射损伤的途径。这项工作铺平了道路，以避免在高分辨透射电镜表征钙钛矿和其他电子束敏感材料在未来的误导。
2020-12-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Modulation of Point Defect Properties Near Surfaces in Metal Halide Perovskites
本研究通过第一性原理计算揭示了金属卤化物钙钛矿中缺陷形成能随表面深度的饱和指数变化规律，发现表面与体相缺陷性质差异显著，为系统处理钙钛矿太阳能电池的非辐射损耗提供了理论依据。
2024-07-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Determination of the exciton binding energy and effective masses for the methylammonium and formamidinium lead tri-halide perovskite family
有机-无机卤化物钙钛矿材料家族由于其高功率转换效率而在光致发光领域中产生了巨大的兴趣。基于原型甲基铵（MA）和最近引入的甲脒（FA）材料的电池已经得到了深入的发展，然而，关于它们的基本电子性质仍然存在相当大的争议。两个最重要的参数是激子的结合能（R $^{*}$）及其约化有效质量$μ$。在这里，我们提出了广泛的磁光研究的Cl辅助生长MAPbI $_{3}$以及MAPbBr $_{3}$和FA为基础的材料FAPbI $_{3}$和FAPbBr $_{3}$。我们将激子态作为类氢原子在磁场中的态进行拟合，并将自由载流子的朗道能级进行拟合，得到R $^{*}$和$μ$。激子结合能的值在低温相中在14 - 25 meV的范围内，并且对于三碘化物在较高温度下显著下降，这与由这些材料制成的所有器件中的自由载流子行为一致。R $^{*}$和$μ$都与带隙近似成比例地增加，并且质量值0.09-0.117 m $_{0}$与能带结构的简单\textbf{k.p}微扰方法一致，该方法可以概括为预测该钙钛矿材料家族的其他成员的有效质量和结合能的值。
2015-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
An Environmentally Stable and Lead-Free Chalcogenide Perovskite
有机-无机卤化物钙钛矿在暴露于湿气和/或光时本质上是不稳定的。此外，铅在许多钙钛矿中的存在引起了毒性问题。本文报道了一种无铅硫族化物钙钛矿BaZrS 3的薄膜。光致发光和X射线衍射测量表明，BaZrS 3在潮湿环境中远比甲基碘化铅铵（MAPbI 3）稳定。利用基于密度泛函理论的模拟和计算，比较了BaZrS 3和MAPbI 3的光致和湿致退化。模拟显示BaZrS 3由于两个因素-与水的弱相互作用和非常低的离子迁移速率而显著较慢的降解。还报道了BaZrS_3光电探测器件的光响应度为~ 46.5mA W ~（-1）。在环境条件下放置4周后，器械保留了约60%的初始光响应。类似的MAPbI 3器件降解迅速，在短短4天内光响应度下降约95%。研究结果确立了BaZrS 3的优越稳定性，并加强了其在光电子学中的应用。使用这些材料的热电能量转换的新的可能性也被证明。
2019-12-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Photoinduced Vibrations Drive Ultrafast Structural Distortion in Lead Halide Perovskite
有机-无机钙钛矿在光电子学领域的应用前景广阔。这类材料的成功取决于各种潜在微观现象之间的复杂相互作用。假设光激发后的有机阳离子和无机亚晶格的结构动力学对材料性质具有直接影响，从而影响整体器件性能。在这里，我们使用二维（2D）电子光谱来揭示脉冲激发振动模式的甲基铵（MA）碘化铅钙钛矿，驱动光激发后的结构畸变。对测量数据的振动分析使我们能够直接监测MA阳离子的振动运动的时间演化以及无机亚晶格的振动凝聚。小波分析所观察到的振动相干揭示了这两种类型的声子之间的相互作用。它揭示了在~300 fs内MA阳离子的自由振动运动的相干产生，这是由无机亚晶格的骨架运动的相干演化所补充的。我们采用含时密度泛函理论（TDDFT）研究了MA阳离子和无机亚晶格在光激发过程中的原子运动。的TDDFT计算支持我们的实验观测的相干产生的librational运动的MA阳离子和突出的重要性的MA阳离子和无机亚晶格之间的非谐相互作用。我们的计算预测转移的光致振动相干从MA阳离子的无机亚晶格，这驱动骨架运动，形成一个极化态，导致长寿命的载流子。这项工作可能会为下一代太阳能电池材料带来新的设计原理。
2020-04-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Optically Tunable Threshold Switching and Thermally Activated Transport in Planar Ag/MAPbI$_3$ Thin Single-Crystal Devices
University of Salerno（萨莱诺大学）；University of Cagliari（卡利亚里大学）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
该研究制备了Ag/MAPbI₃平面单晶器件，发现其具有超低暗电流，光照下出现阈值开关和极性滞回，揭示了Ag/钙钛矿界面耦合离子过程的输运机制。
2026-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
