Octahedral Rotation Induced, Antiferroelectric-like Double Hysteresis in Strained Perovskites
University of Minnesota（明尼苏达大学）
通过调节极化与旋转不稳定性，研究发现应变钙钛矿中出现类似反铁电的双滞后现象，扩展了材料搜索空间。
2024-11-25 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
Coupled magnetic and electric hysteresis in the multiferroic double perovskite Lu2MnCoO6
我们研究了一个磁滞回线与一个reversium时刻，耦合到电极化的强度，以创建耦合滞后多铁性行为在Lu2MnCoO6。弹性中子衍射，μ子自旋弛豫，和微霍尔磁强计的测量表明一个不寻常的机制的磁滞，即微观磁序的滞后演化，而不是经典的铁磁畴效应。我们展示了受挫自旋系统如何从具有不相称的长波长调制和强波动的反铁磁性演化到净磁性。我们还澄清了不同的温度尺度的开始订购，动力学和滞后。
2016-04-20 cond-mat.mtrl-sci
A New Approach to Characterize Charge Transport and Hysteresis in Perovskite Solar Cells
本文提出整合阻抗谱、多种伏安测量与全解析电荷输运模型的方法，揭示钙钛矿太阳能电池在大小激励下的滞后及容性到类感性响应转变机制。
2025-02-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Non-ferroelectric nature of the conductance hysteresis in CH3NH3PbI3 perovskite-based photovoltaic devices
我们目前的测量电导滞后CH 3 NH3 PbI 3钙钛矿薄膜，使用双波法进行，为了调查的铁电响应的可能性。在0.1 Hz至150 Hz的范围内观察到滞后的强烈频率依赖性，在低于0.4 Hz的频率下滞后电荷密度超过1000 μC/cm 2-这是铁电响应的非特征行为。我们发现，所观察到的滞后电导，以及在阻抗谱中的双弧的存在下，可以完全解释由移动离子的迁移偏置下的时间尺度上的秒。我们的测量将任何固有频率无关极化的上限约为1 μC/cm 2，排除了铁电性作为电流-电压滞后的主要原因，并提供了离子迁移在改变CH 3 NH3 PbI 3器件效率方面的重要性的进一步证据。
2015-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Normal and inverted hysteresis in perovskite solar cells
研究了标准FTO/TiO $_2$ /CH $_3$ NH $_3$ PbI $_{3-x}$ Cl $_x$ /spiro-OMeO 2/Au结构的钙钛矿太阳能电池中的滞后效应。我们报告正常（NH）和反向滞后（IH）的J-V特性发生在相同的设备结构，行为严格依赖于预极化偏置。NH通常出现在比开路偏置大的预极化偏置下，而显著的IH出现在负偏置预极化下。从NH到IH的过渡是由中间混合滞后行为的特点是在J-V特性的交叉点。动态电学模型（DEM）定量地解释了测量的J-V特性。此外，基于非线性极化的时间演化，讨论了偏置扫描速率对NH/IH滞后的影响。介绍了一个三步测量协议，包括稳定，预极化和测量，我们提出了一个正确的PCE评估的困难和可能的解决方案。
2017-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Molecular ferroelectric contributions to anomalous hysteresis in hybrid perovskite solar cells
我们报告了一个模型描述的分子取向无序CH 3 NH3 PbI 3，解决了一个经典的哈密顿参数与电子结构计算，通知从头算分子动力学的运动的性质。我们调查的温度和静态电场依赖的平衡铁电（分子）域结构和由此产生的极化率。观察到一个丰富的孪生分子偶极子的域结构，强烈变化的温度和施加的电场的函数。我们建议，与微观极化域相关的内部电场有助于在混合有机-无机钙钛矿太阳能电池的电流-电压响应的滞后异常，由于在散装的电子-空穴复合的变化。
2014-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Disentangling electronic transport and hysteresis at individual grain boundaries in hybrid perovskites via automated scanning probe microscopy
金属卤化物钙钛矿（MHP）光伏效率和稳定性的快速提高是对多晶MHP薄膜微结构理解的进步。在过去的十年中，人们一直致力于研究微结构对MHP性能的影响，包括化学不均匀性、应变无序、相杂质等。研究发现，晶粒和晶界与MHP薄膜中的许多微尺度和纳米尺度行为密切相关。原子力显微镜（AFM）被广泛用于观察形貌中的晶粒和边界结构，并随后研究这些结构的相关表面电势和电导率。目前，大多数AFM测量都是在成像模式下进行的，以研究静态行为，相反，AFM光谱模式允许我们研究材料的动态行为，例如扫描电压下的电导率。然而，AFM光谱测量的一个主要限制是它需要人工操作，因此只能获得有限的数据，阻碍了这些微结构的系统研究。在这项工作中，我们设计了一个工作流程相结合的导电AFM测量与机器学习（ML）算法，系统地研究MHP中的晶界。经过训练的ML模型可以从形貌图像中提取GB位置，并且工作流程将AFM探针驱动到每个GB位置以自动执行电流-电压（IV）曲线。然后，我们能够在所有GB位置IV曲线，使我们能够系统地了解GB的属性。使用这种方法，我们发现GB结点更具有光活性，而大多数以前的工作只集中在GB和晶粒之间的差异。
2022-10-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Temperature-dependent Hysteresis in MAPbI3 Solar Cells
基于混合有机-无机钙钛矿的太阳能电池的电流-电压特性中的滞后是我们不太了解的这些电池的基本方面之一。对于滞后所提出的一个可能的原因是由于钙钛矿内的离子迁移，在施加的电压和照明偏压下钙钛矿层的极化。为了系统地研究这个问题，在不同的温度和扫描速率下研究了常规（通过电子传导接触入射的光）和所谓的倒置（通过空穴传导接触入射的光）钙钛矿电池的电流-电压特性。我们解释我们的结果，假设扫描速率和温度对滞后的影响是强烈相关的设备内的离子迁移，与速率确定步骤是离子迁移在/跨越的钙钛矿层与接触材料的界面。通过扫描速率与测量温度之间的相关性，我们表明倒置和规则电池在不同的滞后区中操作，具有不同的激活能，分别为0.28 ± 0.04 eV和0.59 ± 0.09 eV。我们认为，这两种架构之间观察到的差异是由于不同的离子迁移率接近接口，并得出结论，迁移离子在倒置的细胞的扩散系数是3个数量级高于在正常的细胞，导致不同的积累率的界面附近的离子。VOC作为温度的函数的分析表明，主要的复合机制是陷阱辅助（肖克利-里德霍尔，SRH）的空间电荷区，类似于其他薄膜无机太阳能电池的情况。
2016-04-13 cond-mat.mtrl-sci
How measurement protocols influence the dynamic J-V characteristics of perovskite solar cells: theory and experiment
在J-V测量中观察到的动态效应代表了钙钛矿太阳能电池行为的一个重要标志。应采用适当的测量协议（MP）的实验数据再现性，特别是可靠的评估的功率转换效率（PCE），以及有意义的表征的类型和幅度的滞后。我们在这里讨论几个MP的J-V特性的实验与模拟的动态电气模型（DEM）进行比较。预极化条件和偏置扫描速率不仅可以对表观太阳能电池性能产生显著影响，而且还可以对滞后现象产生显著影响。在某些测量条件下，可以观察到具有相对高PCE的无微扰行为，尽管J-V特性可能远离静止情况。此外，正向-反向和反向-正向偏压扫描示出了关于滞后类型（正常和反向）的定性不同的行为，这取决于偏压预极化。我们在这里强调，相关的正向-反向或反向-正向偏压扫描是正确评估动态滞后的必要条件。在这种情况下，我们定义了一个滞后指数，始终分配滞后类型和幅度。我们的DEM模拟，实验数据的支持下，提供了进一步的指导，一个有效的和准确的确定的静态J-V特性，表明在典型的实验中，无意的预处理的动态滞后的类型和幅度可能会受到影响。
2018-09-02 cond-mat.mes-hall 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
Temperature and Pressure-driven Spin transitions and Piezochromism in a Mn-based Hybrid Perovskite
混合钙钛矿已经处于凝聚态研究的最前沿，特别是在主要与太阳能电池领域中的应用相关的器件应用的背景下。在这篇文章中，我们证明了几个新的功能，可以添加到阿森纳的混合钙钛矿，在外部刺激驱动的自旋跃迁以及压致变色。作为一个例子，我们研究了二甲基铵锰甲酸盐（DMAMnF），这是一种混合钙钛矿，在实验上进行了广泛的研究。我们表明，通过采用第一性原理DFT+U计算与从头算分子动力学计算的帮助下，DMAMnF显示温度和压力驱动的自旋跃迁，从低自旋$S=1/2$到高自旋$S=5/2$状态。这种转变是伴随着一个滞后，我们发现，这种滞后和转变温度是非常接近室温，这是理想的设备应用，特别是在存储器，显示器和开关设备。工作压力为几GPa，在标准实验室环境中可达到。我们发现，合作行为表现为滞后伴随的过渡主要是由弹性相互作用，辅助锰原子之间的磁超交换。最后但并非最不重要的是，我们证明了自旋转变与压色性，这也可能是重要的应用。
2021-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Charge effects in donor doped perovskite ferroelectrics
掺杂是调节铁电钙钛矿的物理性质的广泛使用的方法。由于掺杂会由于某些元素的取代而引起电荷，因此在掺杂样品中应考虑电荷效应。为了了解电荷如何影响系统，我们将偶极-电荷相互作用纳入我们的模拟中，在模拟中可以很好地再现捏滞回线。提出了两种电荷补偿模型并进行了数值研究，以了解镧掺杂对BaTiO $_{3}$铁电相变温度和电滞回线的影响。两个电荷补偿模型的后果进行了比较和讨论。
2019-10-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-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
A Study of Apparent Symmetry Breakdown in Perovskite Oxide-based Symmetric RRAM Devices
提出并分析了一种基于氧化物薄膜材料Pr 1-xCaxMnO 3（PCMO）的对称双端非易失性RRAM器件的新模型。该模型由两个完全相同的半部分组成，它们完全由相同的电阻与脉冲电压磁滞回线串联在一起。即使建模的设备是物理对称的电流的方向，它被发现表现出切换的电阻与足够的振幅和不同极性的电压脉冲的应用。器件的宇称守恒的表观击穿归因于开关期间电极附近的活性材料层的电阻的变化。因此，切换是历史相关的，这是一个对于构建真正的非易失性存储器设备非常有用的特征。一个实际的对称设备，以前没有在文献中报道，并根据所提出的模型，在PCMO材料系统制造。这种新器件的电阻的测量产生了与模型的计算滞后曲线很好地匹配的实验滞后曲线，从而证实了由新的对称模型预测的特征。
2005-10-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Change in the Magnetic Domain Alignment Process at the Onset of a Frustrated Magnetic State in Ferrimagnetic La2Ni(Ni1/3Sb2/3)O6 Double Perovskite
我们已经进行了综合研究的磁滞回线和磁化强度的时间依赖性在一个较宽的温度范围内的亚铁磁性La 2Ni（Ni 1/3Sb 2/3）O 6双钙钛矿。该材料在~100 K下具有亚铁磁有序转变，并且在较低温度（~ 20 K）下由于存在两种竞争的磁交换相互作用而显示出受抑态的特征。矫顽场的温度依赖性显示了一个重要的上升点以下的挫折状态集。使用磁化与施加的磁场磁滞数据以及磁化与时间数据提供了区分低温状态的不同情况的独特机会。从我们的分析，一个强大的畴壁钉扎结果的最佳方案的低温制度。对于温度大于20 K的适当的情况下，似乎对应于一个弱的畴壁钉扎。
2013-03-06 cond-mat.mtrl-sci
La-Doped BaSnO$_3$ Electron Transport Layer for Perovskite Solar Cells
由于$_2$电子输运层（ETL）在钙钛矿太阳能电池（PSCs）中的光不稳定性和滞后性，对新型电子输运材料的需求很高。在这里，我们展示了La掺杂的BaSnO $_3$（LBSO）和甲基铵（MA）碘化铅钙钛矿（MAPbI $_3$）之间的理想能带对准。CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$ /La $_x$ Ba $_{(1-x)}$ SnO $_3$界面形成稳定的全钙钛矿异质结构。选择性的带对齐操作与带隙重整化的La掺杂的Ba网站。LBSO具有高的迁移率、光稳定性和结构稳定性，有望成为下一代ETL材料。
2018-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Ionic Charge Imbalance in Perovskite Solar Cells
钙钛矿太阳能电池中的离子迁移通常从电中性条件来分析和理解。然而，最近的几份报告表明，由于外部离子迁移和/或化学反应，活性层中可能存在离子不平衡。在这种情况下，在这里，我们探讨了离子电荷中性对钙钛矿太阳能电池性能的影响。我们的研究结果表明，离子不平衡导致设备静电的不对称性，这对材料/界面退化，滞后的影响，并最终对长期稳定性和最佳设备架构（NIP与PIN）的影响有着有趣的影响。
2023-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Polar or nonpolar? That is not the question for perovskite solar cells
钙钛矿太阳能电池（PSC）是最有前途的下一代光伏技术之一，有机-无机卤化物钙钛矿（OIHP）的极化在光伏转换中的作用引起了人们的极大兴趣。然而，OIHP的极性仍在激烈辩论中。在这篇综述中，我们从理论和实验的角度研究了最近的文献对极性的OIHPs，并认为他们可以是极性和非极性，这取决于组合物，加工和环境。OIHP极性光伏转换的影响进行了讨论，并在回答这些问题的努力继续为我们提供新的见解。在未来，将局部扫描探针与全局宏观测量原位结合将为有趣的宏观现象提供宝贵的微观洞察力，而同步辐射衍射和扫描透射电子显微镜对更稳定的样品可能最终解决这一争论。
2021-06-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dynamic electrical behavior of halide perovskite based solar cells
采用动态电学模型研究了钙钛矿太阳电池I-V特性中的滞后效应。通过对极化弛豫的简单分析，我们的模型能够定性和定量地再现测量的I-V特性的详细特征。预极化的影响进行了讨论，指出最初过和下极化样品之间的差异。特别地，在反向特性中观察到的电流过冲的存在与太阳能电池预调节相关。此外，动态滞后分析相对于改变偏置扫描速率，所获得的结果是一致的实验报告的数据：滞后幅度是最大的中间扫描速率，而在非常慢和非常快的，它变得可以忽略不计。不同的弛豫时间尺度引起的影响进行评估。建议的动态电气模型提供了一个全面的太阳能电池的操作，是一个实用的工具，为未来的校准暂定微观描述。
2016-09-15 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
Open-Circuit Voltage Limitation by Surface Recombination in Perovskite Solar Cells
基本的电子过程，如电荷载流子传输和复合，在决定混合钙钛矿太阳能电池的效率方面起着关键作用。移动离子的存在使这些过程的清晰理解变得复杂，因为离子可能会引入异常现象，如滞后或巨介电常数。因此，电子景观，包括其与移动离子的相互作用，是很难访问实验和分析。为了解决这一挑战，我们应用了一系列的小扰动技术，包括阻抗谱（IS），强度调制光电流谱（IMPS）和强度调制光电压谱（IMVS）的平面$\mathrm{MAPbI_3}$钙钛矿太阳能电池。我们的测量结果表明，电子以及离子的响应，可以观察到在所有三种方法和文献比较分配。结果表明，主要的载流子损耗机制是表面复合的准费米能级分裂的限制。移动离子和电子载流子之间的相互作用导致的表观二极管的理想因子从0.74到1.64的移动，以增加照明强度，尽管复合机制保持不变。
2020-12-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Improved evaluation of deep-level transient spectroscopy on perovskite solar cells reveals ionic defect distribution
未来开发高效稳定的金属卤化物钙钛矿太阳能电池的关键挑战之一与这些材料中离子的迁移有关。移动离子已被链接到观察的电流-电压特性的滞后，显示降低器件的稳定性对退化和作为复合中心内的有源层的带隙。在文献中，人们发现对于看似相似的钙钛矿材料，广泛传播的报道的离子缺陷参数（例如活化能），使得难以识别这些物质的性质。在这项工作中，我们进行了依赖于温度的深能级瞬态光谱（DLTS）的测量甲基铵碘化铅钙钛矿太阳能电池，并开发了一个扩展的正则化算法反演拉普拉斯变换。我们的研究结果表明，移动离子形成的发射率分布（即扩散常数的分布）为每个观察到的离子物种，这可能是负责在以前报道的缺陷参数的差异。重要的是，不同的DLTS模式，如光学和电流DLTS产生相同的缺陷分布。最后，我们的结果与传统的boxcar DLTS和阻抗谱（IS）的比较验证了我们的评估算法。
2020-01-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Transient Analysis during Maximum Power Point Tracking (TrAMPPT) to Assess Dynamic Response of Perovskite Solar Cells
钙钛矿太阳能电池的器件性能参数的确定远非微不足道，因为瞬态效应可能导致作为扫描速率和预调节的函数的电流-电压测量的大的差异。最大功率点跟踪（MPPT）能够确定稳态最大功率转换效率。然而，MPPT不提供任何关于器件性能参数的信息，这些参数只有在从稳态条件下收集的电流-电压曲线中提取时才可靠。我们表明，是可能的，以确定较短的建立或延迟时间适合进行J-V测量在稳态条件下通过分析周围的MPP的瞬态器件响应。该过程被证明比在各种扫描速率下的测量J-V测量更省时。此外，这里提出的通用算法可以实现，以评估长期设备老化期间设备的动态响应的变化。
2019-06-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fully printed flexible perovskite solar modules with improved energy alignment by tin oxide surface modification
针对全印刷柔性钙钛矿太阳能电池界面复合损失大的问题，该研究在氧化锡电子传输层与钙钛矿层间引入富勒烯取代的烷基膦酸偶极层，有效降低能垒并抑制界面复合，实现了17.0%的光电转换效率及优异的机械柔韧性与环境稳定性，推动了柔性钙钛矿光伏的商业化进程。
2024-06-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Quantifying Efficiency Loss of Perovskite Solar Cells by a Modified Detailed Balance Model
建立了修改后的细致平衡模型来理解和量化钙钛矿太阳能电池的效率损失。该模型考虑了光吸收对短路电流的影响、接触层和输运层对载流子输运的影响以及复合和光子再循环对开路电压的影响。我们的理论和实验结果表明，对于实验优化的钙钛矿太阳能电池的功率转换效率为19%，25%的光损耗，35%的非辐射复合损耗和35%的欧姆损耗是接近31%的效率极限的钙钛矿太阳能电池的三个主要损耗因素。我们还发现，光损耗将攀升到40%的薄有源层设计。此外，错误配置的传输层将引入超过15%的能量损失。最后，钙钛矿-界面诱导的表面复合、欧姆损耗和电流泄漏应进一步降低，以提高器件效率并消除滞后效应。这项工作有助于对钙钛矿太阳能电池器件物理的基本理解。该模型为光伏科学技术提供了一个系统的设计和分析工具。
2018-01-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Imaging the Long Transport Lengths of Photo-generated Carriers in Oriented Perovskite Films
有机金属卤化物钙钛矿已成为太阳能电池和光电子学的一种有前途的材料。虽然光生载流子的长扩散长度被认为是该材料在太阳能电池中具有高效率的关键因素，但仍然缺乏对有机金属卤化物钙钛矿中长距离载流子输运的直接研究。我们制备了具有长沟道长度（~ 120 $μ$ m）的高取向结晶CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$（MAPbI $_3$）薄膜横向传输器件。通过用局部照明进行空间扫描光电流成像测量，我们直接表明，这里制备的钙钛矿膜具有非常长的光生载流子传输长度，少数载流子（电子）扩散长度为10 $μ$ m的量级。将扫描光电流显微术应用于有机金属卤化物钙钛矿的方法可进一步用于阐明不同类型的有机金属卤化物钙钛矿中的载流子输运过程和极大不同的载流子扩散长度（~ 100 nm至100 $μ$ m）。
2016-10-19 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
The intrinsic (trap-free) transistors based on perovskite single crystals with self-passivated surfaces
卤化铅钙钛矿作为新型半导体材料出现，适用于各种光电应用。然而，制造可靠的钙钛矿场效应晶体管（FET），这类材料的电荷传输特性的基础和应用研究所需的设备，已被证明具有挑战性。在这里，我们展示了基于溴化铯铅（CsPbBr 3）的外延单晶薄膜的高性能钙钛矿FET。一种改进的气相外延技术允许生长真正大面积的原子级平坦的钙钛矿薄膜，具有优异的结构和表面特性。基于这些CsPbBr 3膜的FET表现出教科书晶体管特性，具有非常低的滞后和高的本征载流子迁移率。这种高性能器件的可用性首次允许研究钙钛矿FET中的霍尔效应。我们的磁输运测量结果表明，载流子迁移率的CsPbBr 3 FET的冷却增加，从约30 cm 2 V-1 s-1在室温下，到约250 cm 2 V-1 s-1在50 K，表现出主要由声子散射限制的带输运。这里描述的外延生长和FET制造方法可以自然地扩展到其他钙钛矿，包括混合钙钛矿，从而代表了技术飞跃，克服了钙钛矿FET研究中的性能瓶颈。
2021-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ion Mobility Independent Large Signal Switching of Perovskite Devices
本研究通过数值模拟与实验验证，揭示钙钛矿器件大信号开关延迟由电子偶极子及接触层耗尽区崩塌主导，且与离子迁移率无关。
2021-02-16 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
Charge Transport in Mixed Metal Halide Perovskite Semiconductors
3D卤化铅钙钛矿的固有场驱动电荷传输行为的研究在很大程度上仍然是一项具有挑战性的任务，主要是由于在室温附近不期望的离子迁移效应。此外，在许多高性能3D钙钛矿组合物中甲基铵的存在引入了额外的不稳定性，这限制了可靠的室温光电子器件操作。在这里，我们解决了这两个挑战，并证明了基于不含甲基铵的混合金属（Pb/Sn）钙钛矿组合物的场效应晶体管（FET），其被广泛研究用于太阳能电池和发光二极管应用，不像它们的纯Pb对应物那样遭受离子迁移效应，并且可靠地表现出具有高迁移率的无滞后p型传输，达到5.4 $cm^2/Vs$，ON/OFF比接近$10^6$，标准化通道电导为3 S/m。降低的离子迁移也表现在具有低激活能的场效应迁移率的激活温度依赖性中，这反映了浅电子缺陷的显著密度。我们可视化的抑制面内离子迁移的含锡钙钛矿相比，其纯铅同行使用光致发光显微镜偏置下，并表现出有前途的电压和电流应力设备的操作稳定性。我们的工作建立了FET作为一个优秀的平台，为混合金属卤化物钙钛矿半导体的掺杂，缺陷和电荷传输物理提供基本的见解，以推进其在光电子器件中的应用。
2022-02-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Visualization of carrier transport in lateral metal-perovskite-metal structures and its influence on device operation
基于混合钙钛矿的器件的高性能归因于其优异的体传输特性。然而，载流子动力学，特别是在金属-钙钛矿界面处，及其对器件操作的影响并没有得到广泛的理解。本工作提出了在甲基铵碘化铅（MAPbI 3）钙钛矿为基础的非对称金属电极横向器件的主要传输机制。研究了电极间长度从4 μm到120 μm变化时器件的工作情况。器件特性表明不同的欧姆和空间电荷限制电流（SCLC）制度，由电极间的长度和施加的偏压控制。电位映射使用开尔文探针显微镜在整个设备表明最小的离子屏蔽效应和存在的传输障碍在金属MAPbI 3结。此外，光电流成像的通道，使用近场激发扫描显微镜显示占主导地位的重组和电荷分离区。在短沟道器件（4 μm）中，自供电模式下的响应度约为51 mA/W，偏压为5 V时的响应度约为5.2 A/W。低器件电容实现了约12 ns的快速光开关响应。
2022-02-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetocapacitance effect in perovskite-superlattice based multiferroics
报道了用脉冲激光沉积技术在（001）取向SrTiO $_3$上生长的La $_{0.7}$ Ca $_{0.3}$ MnO $_3$ /BaTiO $_3$超晶格的结构和磁电性能。磁滞回线和随温度变化的磁性能显示出明确的矫顽力和磁转变温度（T $_C$）\symbol{126} 140 K。薄膜的$DC$电学研究表明，BaTiO $_3$薄膜的磁电阻（MR）与薄膜的厚度有关，在100 K时，薄膜的负$MR$高达30%. $AC$电学研究表明，由于这些结构中的磁电耦合-多铁性的一个关键特征，这些膜中的阻抗和电容随所施加的磁场而变化。该薄膜在1 kHz和100 K下的负磁电容值高达3%/特斯拉，为设计新型功能材料开辟了道路。
2005-06-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferroelectricity of Dion-Jacobson layered perovskites CsNdNb$_2$O$_7$ and RbNdNb$_2$O$_7$
在致密的多晶样品中研究了Dion-Jacobson层状钙钛矿CsNdNb $_2$ O $_7$和RbNdNb $_2$ O $_7$的晶体学和介电性质，并在室温下观察到证实铁电性的极化磁滞回线。在这两个阶段，自发极化的理论机制，“混合不当铁电机制”，由两种类型的非极性八面体旋转的组合诱导，被证实。我们的样品显示出2-3 $μ$ C/cm $^2$的反射极化，这比迄今为止报道的具有混合反常铁电性的多晶样品中获得的反射极化大得多。CsNdNb $_2$ O $_7$中的介电常数在625 K处表现出异常，对应于铁电转变，如先前通过X射线和中子衍射所揭示的。没有观察到介电异常的RbNdNb $_2$ O $_7$在整个温度范围内研究这里（$\leq$ 773 K），这是与以前的衍射显示极性$I2cm$对称性的持久性高达790 K。
2020-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale charge accumulation and its effect on carrier dynamics in tri-cation perovskite structures
纳米尺度的扫描探针显微镜研究提供了重要贡献的有机-无机卤化物钙钛矿（OIHP）作为光电子器件的快速发展。器件级性能的进一步改善需要更深入地了解性能限制机制，如离子迁移，相分离及其对纳米和宏观尺度电荷提取的影响。在这里，我们研究了动态电响应Cs0.05（FA0.83-MA0.17）0.95PbI3-xBrx钙钛矿结构，采用传统的和微秒时间分辨开尔文探针力显微镜（KPFM）。我们的研究结果表明，强烈的负电荷载流子捕获光照和非常缓慢（> 1 s）的电荷弛豫在晶界上。微秒尺度上的快速电子复合和传输动力学探测的时间分辨KPFM显示扩散的载流子向晶界，并表示局部较高的复合率，由于内在的空间异质性。揭示的纳米级静电效应总结在混合卤化物CsFAMA的集体模型。多层太阳能电池结构的结果绘制纳米级离子传输，电子积累，复合性能和最终的设备性能之间的直接关系。我们的研究结果扩展了目前的理解复杂的载流子动力学在稳定的多阳离子OIHP结构。
2020-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Atomistic origins of high-performance in hybrid halide perovskite solar cells
有机金属钙钛矿太阳能电池的性能已经迅速超过了传统的染料敏化和有机光致发光。高功率转换效率可以在介孔和薄膜器件架构中实现。我们解决了这一成功的起源的背景下，材料化学和物理的大块钙钛矿所描述的电子结构计算。除了对于高效光伏器件必不可少的基本光电性质（光谱上合适的带隙、高光学吸收、低载流子有效质量）之外，材料在结构和组成上是柔性的。正如我们所展示的，混合钙钛矿表现出自发的电极化，我们还提出了通过明智地选择有机阳离子来调节的方法。铁电畴的存在将导致内部结，其可有助于光激发的电子和空穴对的分离，并通过载流子的分离减少复合。高介电常数和低有效质量的组合促进了Wannier-Mott激子分离和施主和受主缺陷的有效电离。在纳米结构薄膜中可以利用光铁性效应来产生更高的开路电压，并且可能有助于在钙钛矿太阳能电池中观察到的电流-电压滞后。
2014-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crystallite Size Effect on Lattice Strain and Crystal Structure of Ba1/4Sr3/4MnO3 Layered Perovskite Manganite
用燃烧法合成了具有不同晶粒尺寸的单相多晶Ba_（1/4）Sr_（3/4）MnO_3层状钙钛矿锰氧化物。室温X射线衍射结果表明，Ba 1/4Sr 3/4 MnO 3为六方晶系，空间群为P63/mmc。Ba_（1/4）Sr_（3/4）MnO_3的扫描电子显微镜照片显示样品的晶粒尺寸均匀。分别利用Rietveld精修和Williamson-Hall图研究了微晶尺寸对晶格应变和晶体结构的影响。结构晶格参数随晶粒尺寸的增大而减小。然而，晶格应变随着晶粒尺寸的增加而增加。
2018-11-29 cond-mat.mtrl-sci
What is moving in hybrid halide perovskite solar cells?
采用钙钛矿晶体结构的有机-无机半导体扰乱了当代光化学研究的格局。本文讨论了碘化甲铵铅（CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$）和碘化甲脒铅（[CH（NH $_2$）$_2$ ]PbI $_3$）的内部运动，内容包括：（i）立方八面体腔中的分子转动-振动;（ii）大电子和空穴极化子的漂移和扩散;（iii）带电离子缺陷的输运。这些过程产生了一系列光伏材料的非常规特性，包括频率相关的介电常数，低电子-空穴复合率和电流-电压滞后。多尺度模拟-从电子结构，从头算分子动力学和蒙特卡罗技术-已结合中子散射和超快振动光谱，以定性的性质和运动的时间尺度。最近的实验证据和理论模型，同时在这些材料中的电子输运和离子输运已经提出，这表明他们是混合模式的导体与类似的金属氧化物钙钛矿开发的电池和燃料电池的应用。我们阐述了这些影响的光伏作用的影响。在混合钙钛矿中发现的时间行为引入了材料表征对测量的时间和长度尺度以及每个样品的历史的敏感性。这也对精确的材料和器件模拟提出了重大挑战。在这里，我们批判性地讨论了原子的起源的动态过程。
2016-02-02 cond-mat.mtrl-sci
Cationic Effect on Pressure driven Spin-State Transition and cooperativity in Hybrid Perosvkites
已知一般组成ABX $_3$的混合或金属有机骨架（MOF）钙钛矿显示出可导致各种技术应用的令人感兴趣的性质。我们的第一性原理研究表明，他们也是潜在的候选人表现出合作的自旋态转变时，施加外部刺激。我们通过考虑两种特定的铁基MOF钙钛矿，即甲酸二甲铵铁，[CH $_{3}$ NH $_{2}$ CH $_{3}$ ][Fe（HCOO）$_3$ ]和甲酸羟铵铁，[NH $_{3}$ OH][Fe（HCOO）$_3$ ]来证明这一点。这两个化合物被发现进行高自旋（S=2）到低自旋（S=0）的转变在Fe（II）网站后，应用中等强度的流体静压，随着大滞后。这种自旋状态的转变是由电子，磁性和光学性质的变化发出的信号。我们发现的过渡压力和滞后的宽度是强烈依赖于A-网站的阳离子，二甲基铵或羟胺的选择，这意味着调谐的自旋开关性能可实现的胺阳离子的化学变化的结构。我们的发现为最近感兴趣的这一系列材料开辟了新的功能，这些材料在传感器和存储设备中具有重要用途。
2016-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Sol-gel synthesized double perovskite Gd$_{2}$FeCrO$_{6}$ nanoparticles: Structural, magnetic and optical properties
无铅双钙钛矿作为太阳能收集材料，由于其优越的稳定性，优异的催化效率和最小的毒性而超过单钙钛矿。在本研究中，我们首次通过简单的溶胶-凝胶技术合成了双钙钛矿型Gd $_{2}$ FeCrO $_{6}$（GFCO）纳米颗粒，并对其结构、磁性和光学性质进行了研究。双钙钛矿型GFCO晶体为单斜晶系，空间群为P2 $_1$ /n。由拉曼光谱计算Fe/Cr-O键长为$\sim$ 1.95埃，这与由X射线衍射分析获得的值$\sim$ 1.99埃一致。通过场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜测定纳米颗粒的平均尺寸为$\sim$ 70 nm。X射线光电子能谱学证实了Fe和Cr混合价态的存在。零场冷却（ZFC）和场冷却（FC）曲线在低于20 K时出现很大的发散。在15 K时的ZFC曲线中观察到一个下降，这对应于反铁磁的Néel转变。在5 K下记录的窄磁滞回线接近饱和，并表现出沿磁场轴的不对称位移，表明GFCO纳米颗粒中铁磁和反铁磁畴的共存。紫外-可见光和光致发光光谱分析揭示了纳米结构GFCO的半导体性质，光学带隙为2.0 eV。合成的热稳定的无铅GFCO半导体由于其能够有效地吸收太阳光的可见光谱，可能是用于光催化和相关太阳能应用的潜在钙钛矿材料
2021-11-07 cond-mat.mtrl-sci
AI-supported Degradation Study of Carbon-based Perovskite Solar Cells: Learning the Device Physics of Perovskite Solar Cells: A Drift-Diffusion Guided Autoencoder Approach
本文利用机器学习分析碳电极钙钛矿太阳能电池在老化过程中的电流-电压曲线，通过预测物理参数揭示退化机制，并构建数字孪生进行验证。
2026-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Freestanding perovskite and infinite-layer nickelate membranes
本研究利用水溶性牺牲层制备自支撑钙钛矿镍酸盐薄膜并探索无基底模板的拓扑还原，发现无模板还原的薄膜表现出绝缘特性，证明模板对稳定具有最佳输运特性的无限层相至关重要。
2024-05-17 cond-mat.mtrl-sci
A nanogapped hysteresis-free field-effect transistor
本文提出基于范德华堆叠技术的半悬浮器件结构，构建了纳米间隙无磁滞场效应晶体管，实现超洁净界面与欧姆接触，为可靠电子学及纳米流体和压力传感器提供新途径。
2023-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Selective growth of perovskite oxides on SrTiO3 (001) by control of surface reconstructions
我们报告了SrTiO 3和SrVO 3在SrTiO 3（001）表面上的表面重构（RC）依赖性生长，其中两种不同的表面重构共存，即（2x 1）和c（6x 2）。直到几个层的覆盖，在允许在（2x 1）RC上逐层外延生长的生长条件下，在c（6x 2）RC上禁止外延生长。扫描隧道显微镜检查的c（6x 2）RC的晶格结构表明，这种RC选择性生长主要源于显着的结构/化学计量的c（6x 2）RC和立方钙钛矿薄膜之间的差异。结果表明，SrTiO 3岛的形成从成核阶段就被禁止了。
2011-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Remarkable performance recovery in highly defective perovskite solar cells by photo-oxidation
本研究发现特定缺陷的钙钛矿薄膜可通过光照下氧暴露实现性能修复，揭示了不同碘化学计量比样品的光氧化响应差异及机制，证明缺陷工程可调控钙钛矿电池稳定性。
2024-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization, dielectric and thermal studies in the double perovskite polycrystalline compound Tm2CoMnO6
本文综合研究多晶 Tm2CoMnO6 的结构、磁、介电和热性质，揭示其一级磁转变、低温变磁行为、可能的磁结构耦合及显著本征磁热效应。
2023-07-11 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
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
Tailoring magnetic hysteresis of Fe-Ni permalloy by additive manufacturing: Multiphysics-multiscale simulations of process-property relationships
本研究提出一种解析粉末的多物理场-多尺度模拟方案，以残余应力为关键纽带关联增材制造过程的多物理演化与磁滞特性，明确了Fe21.5Ni78.5坡莫合金性能对工艺参数的依赖关系，为软磁材料磁滞设计提供指导。
2023-02-04 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
Evidance for an Oxygen Diffusion Model for the Electric Pulse Induced Resistance Change Effect in Oxides
电脉冲感应电阻（EPIR）切换Pr0.7Ca0.7MnO3（PCMO）钙钛矿氧化物薄膜的磁滞回线被发现表现出额外的尖锐的“穿梭峰”周围的负脉冲最大值的薄膜沉积在缺氧的环境。器件的电阻滞环由稳定的高阻态和低阻态以及它们之间的过渡区组成。研究了“穿梭峰”的电阻弛豫及其温度行为，以及过渡区的电阻弛豫，表明电阻开关与氧扩散有关，激活能约为0.4eV。提出了一个以氧离子（空位）为激活剂的氧扩散模型，用于描述PCMO中的非挥发性电阻开关效应。
2006-02-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Active learning and element embedding approach in neural networks for infinite-layer versus perovskite oxides
结合密度泛函理论模拟和神经网络的主动学习，我们探讨了氧空位层的形成能，晶格参数，以及它们在无限层与钙钛矿氧化物在整个周期表中的相关性，并将超导镍酸盐和铜酸盐家族在一个全面的统计背景下。我们证明了神经网络可以高精度地预测这些观测值，只使用30-50%的数据进行训练。元素嵌入根据人类知识自主识别各个元素之间的化学相似性概念。基于熵和信息的基本概念，主动学习在没有先验知识的情况下通过最优策略组成训练集，并对预测精度提供系统控制。这提供了显著加速大参数空间扫描的关键因素，并阐明了人工智能如何在量子尺度上帮助寻找具有优化特性的新材料。
2021-04-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
