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
Bright Luminescent Surface States on the Edges of Wide-bandgap Two-dimensional Lead Halide Perovskite
三维卤化铅钙钛矿结构因其缺陷容忍的电子和光学性质而令人惊讶，二维卤化铅层状结构表现出甚至更令人困惑的现象：Ruddlesden-Popper钙钛矿中的发光边缘态以及高发光与非发光CsPb $_{\text{2}}$ Br $_{\text{5}}$的相互矛盾的报道。在这项工作中，我们报告的观察明亮的发光表面状态的边缘的CsPb $_{\text{2}}$ Br $_{\text{5}}$微片。我们证明了绿色表面发射使宽禁带CsPb单晶$_{\text{2}}$ Br $_{\text{5}}$具有高的发光。利用偏振拉曼光谱和原子分辨透射电子显微镜，我们进一步证明了多晶CsPb $_{\text{2}}$ Br $_{\text{5}}$是负责明亮的发光。我们认为这些亮边态起源于CsPb $_{\text{2}}$ Br $_{\text{5}}$纳米晶之间畸变区域中PbBr $_{\text{6}}$的角共享簇。由于金属卤化物八面体是钙钛矿的结构单元，我们的发现解决了关于CsPb $_{\text{2}}$ Br $_{\text{5}}$基本性质的长期争议，并为理解、设计和工程化钙钛矿太阳能电池和其他光电子器件提供了新的机会。
2018-03-30 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles theoretical study on two-dimensional MX and MX$_2$ metal halides: bandgap engineering, magnetism, and catalytic descriptors
本文通过第一性原理计算构建了 60 种 MX 和 MX$_2$ 金属卤化物数据库，系统研究了其从体相到二维的带隙演化、磁性与催化性质，并筛选出有前景的低维应用候选材料。
2025-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Emission enhancement and bandgap narrowing in $Cs_2TeBr_6$ under pressure
通过光致发光和吸收实验研究了 $Cs_2TeBr_6$ 在压力下的发射增强与带隙变窄，发现其源于自陷激子复合、能垒降低及非辐射损失抑制，并揭示了电子-声子相互作用主导和归一化压力的异常行为。
2024-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Chemical States and Local Structure in Cu-Deficient CuInSe2 Thin Films: Insights into Engineering and Bandgap Narrowing
Jeonbuk National University（全北国立大学）；South Valley University（南谷大学）；Chung-Ang University（中央大学）；Pohang Accelerator Laboratory（浦项加速器实验室）
本研究通过精准调控两步合成工艺制备出结构均匀的缺铜CuInSe₂薄膜，揭示了Cu流失引发的局域结构与化学态变化及带隙窄化的轨道机制，为带隙可调的无毒稳定光伏材料研发提供了新思路。
2025-10-21 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Structure-related bandgap of hybrid lead halide perovskites and close-packed APbX3 family of phases
金属卤化物钙钛矿APbX 3（A+ = FA+（甲脒）、MA+（甲基铵）或Cs+，X- = I-、Br-）被认为是当今钙钛矿太阳能电池中突出的创新组分。这些材料的结晶通常由于形成具有相同化学计量但结构类型偏离钙钛矿的各种相而复杂化，例如众所周知的六方δ FAPbI 3多型体。这些相很少被放置在器件工程的焦点，由于其不吸引人的光电性能，而它们确实是非常重要的，因为它们影响最终器件的光电性能和效率。然而，这种相的总数尚未被发现，多型体的完整构型空间和它们的能带结构尚未被系统地研究。本文用群论方法预测和描述了六方晶系APbI_3混合铅卤化物的所有可能的多型体，并用密度泛函理论计算分析了多型体中密排层的构型与其带隙之间的关系。发现影响禁带宽度的两个主要因素是结构中立方（c）和六方（h）密堆积层的比例和立方层的块厚度。我们还表明，在这些结构中的立方（c）和六方（h）层的比率的带隙的依赖关系是非线性的。我们认为，钙钛矿基质中这种多型体的存在可能是载流子迁移率降低的原因，因此它将成为有效电荷传输的障碍，对太阳能电池器件的效率造成负面影响。
2022-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Flexo-photovoltaic effect and above-bandgap photovoltage in halide perovskites
卤化物钙钛矿具有出色的光伏特性，其已通过界面工程进行了优化。然而，随着这些材料接近半导体结物理学所施加的限制，迫切需要探索替代方案，例如体光伏效应，其物理起源不同，不受相同限制的约束。在这种情况下，我们专注于柔性光伏效应，一种类型的体光伏效应，最近观察到的氧化物下的应变梯度。我们已经测量了弯曲下MAPbBr3和MAPbI3晶体的挠曲光伏效应，发现它比基准挠曲光伏氧化物SrTiO 3大几个数量级。对于足够大的应变梯度，可以产生大于带隙的光电压。体光伏效应是加性的，并且对于MAPbI3，挠曲光电压存在于滞后的原生体光电压之上，这与该材料的电可切换宏观偏振一致。结果表明，通过应变梯度工程利用挠曲光伏效应可以为卤化物钙钛矿提供功能性飞跃。
2023-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Parity-Forbidden Transitions and Their Impacts on the Optical Absorption Properties of Lead-Free Metal Halide Perovskites and Double Perovskites
采用密度泛函理论计算方法，分析了无铅金属卤化物钙钛矿（AB $^{2+}$ X $_3$）和双钙钛矿（AB $^+$ B $^{3+}$ X $_6$）（A = Cs或单价有机离子，B $^{2+}$ =非Pb二价金属，B $^+$ =单价金属，B $^{3+}$ =三价金属，X =卤素）的光吸收特性.我们表明，如果B $^{2+}$不是Sn或Ge，则无铅金属卤化物钙钛矿由于其间接带隙性质而表现出差的光学折射率。在九种可能类型的无铅金属卤化物双钙钛矿中，六种具有直接带隙。在这六种类型中，有四种在带边之间显示出反转诱导的宇称禁戒或弱跃迁，使得它们对于薄膜太阳能电池应用不是理想的。只有一种类型的无Pb双钙钛矿显示出适合于太阳能电池应用的光吸收和电子性质，即具有B $^+$ = In，Tl和B $^{3+}$ = Sb，Bi的那些。我们的研究结果提供了重要的见解，设计新的金属卤化物钙钛矿和双钙钛矿的光电应用。
2017-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Bandgap narrowing in Mn doped GaAs probed by room-temperature photoluminescence
（Ga，Mn）As系统的电子能带结构是近二十年来固体物理研究中最令人感兴趣的问题之一。确定能带结构随Mn浓度的变化是理解铁磁性起源的关键问题。本文介绍了Ga_{100%-x} Mn_{x} As合金的室温光致发光和椭圆偏振测量。随着Mn含量的增加，Ga_{100%-x} Mn_{x} As合金的室温近带隙发射的红移证明了价带的上移。结果表明，即使掺杂0.02原子%，Mn的影响的价带边缘，它合并的Mn浓度低至0.6原子%的杂质带。X射线衍射图和高分辨率横截面TEM图像都证实了注入层和GaMnAs合金形成的完全再结晶。
2015-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Super-Bandgap Electroluminescence from Cesium Lead Bromide
本研究发现通过CsPbBr3与PEDOT:PSS界面形成纳米晶体的量子限域效应，可实现峰值能量高出带隙0.7 eV的超带隙电致发光，为稳定钙钛矿LED蓝光发射提供了新策略。
2024-10-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Probing local coordination and halide miscibility in single-, double-, and triple-halide perovskites using EXAFS
Wellesley College（韦尔斯利学院）；MAX IV Laboratory, Lund University（隆德大学 MAX IV 实验室）；Olin College of Engineering（奥林工程学院）
研究单、双、三卤化物钙钛矿中卤化物混溶性和局部配位，通过EXAFS分析揭示三卤化物钙钛矿的混溶机制及卤化物配位作用。
2026-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Keldysh tuning of photoluminescence in a lead halide perovskite crystal
利用铅卤化物钙钛矿的高光致发光量子产率，实验观测到Keldysh交叉，区分光子与电场诱导过程，为光子上转换和亚带隙探测开辟新途径。
2024-07-21 cond-mat.mtrl-sci
A Generic Slater-Koster Description of the Electronic Structure of Centrosymmetric Halide Perovskites
卤化物钙钛矿已经真正成为有效的光电材料，并显示出表现出非平凡的拓扑相的承诺。由于带隙是这些量子相的决定性因素，在这里，我们提出了一个全面的电子结构的研究，考虑九个无机卤化物钙钛矿CsBX $_3$（B = Ge，Sn，Pb; X = Cl，Br，I）在其三种结构的多晶型（立方晶系，四方晶系和斜方晶系）的第一原理方法。一系列的交换相关性（XC）的泛函检查对准确估计的带隙。此外，虽然13个轨道是积极的在构建的价带和导带谱，在这里，我们建立了一个基于四个轨道的最小基组是足够的Slater-Koster紧束缚模型（SK-TB），这是能够再现体和表面的费米能级附近的电子结构。因此，与基于Wannier的TB模型一样，SK-TB模型也可以被认为是研究卤化物族化合物体相和表面电子结构的有效工具。通过比较模型研究和DFT能带结构估计，发现主导电子耦合强度几乎与XC泛函无关，这进一步建立了SK-TB模型的实用性。
2021-01-21 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
Wavelength-dependent photo-creep in halide perovskite single crystals
University of Toronto（多伦多大学）；Wuhan National Laboratory for Optoelectronics（武汉光电国家实验室）；Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）
研究揭示了卤化物钙钛矿单晶体在不同波长光照下光蠕变行为的差异，发现绿色光抑制蠕变而紫光增强蠕变，揭示了载流子捕获与离子迁移的竞争机制对光蠕变的影响。
2026-04-12 cond-mat.mtrl-sci
The effects of intrinsic local distortions vs. dynamic thermal motions on the stability and band gaps of cubic oxide and halide perovskites
角共享ABX $_3$钙钛矿长期以来在固态化学和凝聚态物理中具有突出的特征。尽管如此，对它们的两个主要亚族卤化物和氧化物的共同理解还没有完全发展。实际上，与具有单个重复基序的化合物（“单晶”）的情况不同，某些立方钙钛矿可以表现出局部基序的非热分布（“多晶网络”）。这种固有变形可以包括位置自由度。与热运动不同，这种固有的畸变不会时间平均为零。本研究比较了氧化物和卤化物钙钛矿的电子结构特征，从内能的DFT最小化描述的本征多晶型网络开始，继续使用AIMD有限温度热无序。我们发现（i）不同的氧化物与卤化物ABX $_3$化合物采用不同的能量降低畸变模式。DFT计算的SrTiO $_3$的对分布函数（PDF）与最近测量的PDF一致。(ii)在氧化物和卤化物中，这种固有的畸变导致相对于单晶结构的带隙蓝移。(iii)对于氧化物钙钛矿，从多晶结构开始的高温AIMD模拟显示，热致畸变可导致带隙红移。(iv)相反，对于立方CsPbI $_3$，本征畸变和热畸变都有助于带隙蓝移，前者，本征效应占主导地位。(v)在氧化物SrTiO $_3$和CaTiO $_3$中（但不在卤化物中），八面体倾斜导致出现明显的$Γ$ - $Γ$直接带隙分量，作为公知的间接R- $Γ$带隙的第二谷最小值。理解氧化物与卤化物钙钛矿上的这种本征效应与热效应具有设计目标电子特性的潜力。
2021-08-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Unveiling the role of carbon defects in the exceptional narrowing of m-ZrO2 bandgap for enhanced photoelectrochemical water splitting performance
通过宽带隙金属氧化物的缺陷工程来开发高效光电极多年来一直是主要焦点。具体而言，宽带隙金属氧化物中的碳缺陷对它们在光电化学（PEC）应用中的性能的影响引起了许多争议并且仍然难以捉摸。在此，各种碳缺陷的影响，在m-ZrO 2进行了研究，使用密度泛函理论探测的热力学，电子和光学性质的缺陷结构对原始的m-ZrO 2。缺陷形成能表明，提高温度促进和促进碳缺陷的形成。此外，结合能证实了所有研究的复杂碳缺陷的稳定性。此外，对水物种的氧化还原电位的带边位置显示，所有研究的缺陷结构可以作为光阳极的水裂解。此外，CO 3c（碳原子取代的O3 c网站）是唯一的缺陷结构，表现出轻微跨越水的氧化还原电位。重要的是，所有研究的缺陷结构都增强了具有不同光学活性的光吸收。最后，CO 3cVO 3c（与O3 c空位相关的碳原子取代的O3 c）缺陷的m-ZrO 2具有低的直接带隙（1.9 eV），低的缺陷形成能，低激子结合能，高的载流子迁移率，快速的电荷转移，和低的复合率。同时，它的光学性能是特殊的高吸收，低反射率和改善静态介电常数。因此，该研究建议将CO 3cVO 3c缺陷m-ZrO 2作为PEC应用的光阳极的主要候选者。
2020-09-08 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
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
Deep Levels and Mixed Conductivity in Organometallic Halide Perovskites
理解缺陷的类型、形成能和捕获截面是有机金属卤化物钙钛矿（OMHP）器件领域的挑战之一。目前，这种理解是有限的，限制了OMHP太阳能电池的功率转换效率达到他们的肖克利奎塞尔极限。在这里，我们报告的深能级（DL）缺陷和它们对单晶甲基铵溴化铅钙钛矿（MAPB）的自由电荷传输性能的影响。为了确定DL活化能和捕获截面，我们使用光-霍尔效应光谱（PHES）与增强照明在稳态和动态制度。这种方法已被证明是方便的，由于直接DL可视化的亚带隙光激发的捕获的载流子。检测到具有高于价带的1.05 eV、1.5 eV和1.9 eV的活化能的DL。空穴俘获截面是利用亚带隙光激发后的光电导弛豫得到的。我们首次发现了导致非辐射复合的DL缺陷及其对能带排列的影响。此外，还利用飞行时间（ToF）测量了MAPB单晶在不同偏压下的输运特性。ToF测量的分析进一步证实了MAPB器件中亚带隙照明产生的霍尔迁移率的增加和空穴输运的增强。我们的研究提供了一个强有力的证据，在OMHP的深能级，并打开了更丰富的图片的作用和性质的MAPB单晶作为一个系统模型的第一次。深入了解OMHP的电气结构可以为开发更可行的技术提供更多机会。
2018-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the Optoelectronic, Photocatalytic, Thermoelectric and Thermodynamic Properties of Halides Li2InBiX6 (X = Cl, Br, I) for Energy Conversion: A DFT Study
Princess Nourah Bint Abdulrahman University（公主诺拉·宾特·阿卜杜勒拉赫曼大学）；University of West Bohemia（西波希米亚大学）；University of Sargodha（萨尔戈达大学）；King Saud University（沙特国王大学）；Gachon University（迦南大学）
通过DFT研究Li2InBiX6卤化物的结构、电子、光学、介电、热电及光催化性质，揭示其在能量转换中的潜力。
2026-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and optoelectronic properties of halide double perovskites: Fundamental insights and design of a theoretical workflow
本研究开发了一种结合DFT、模型哈密顿量与分子轨道图像的理论工作流程，揭示了卤化物双钙钛矿的化学键合与宇称驱动光学跃迁机制，并提出了通过阳离子掺杂调节带隙和光吸收的设计策略。
2023-09-12 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
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
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
A comprehensive study of electronic and piezoelectric properties of Li-based Tin-halide perovskites from GGA and Meta-GGA
本研究采用结合GGA和mGGA的DFT方法，探究两种锂基锡卤化物钙钛矿的多类性质，发现这类环保材料在光电子与压电领域颇具应用潜力。
2024-12-06 cond-mat.mtrl-sci
General Phase Segregation and Phase Pinning Effects in Ln-doped Lead Halide Perovskite with Dual-wavelength Lasing
针对铅卤化物钙钛矿离子迁移导致的器件稳定性差和多能带复合结构发展受限问题，提出Er³⁺掺杂相分离与相钉扎策略，抑制离子迁移并实现稳定多能带复合结构及双波长激光，策略具通用性且推进带隙工程。
2025-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Defects in Halide Perovskites: Does It Help to Switch from 3D to 2D?
Ruddlesden-Popper混合碘化物2D钙钛矿被提出作为其3D对应物的稳定替代品。使用第一性原理计算，我们证明了点缺陷的平衡浓度在2D钙钛矿PEA $_2$ PbI $_4$，BA $_2$ PbI $_4$，和PEA $_2$ SnI $_4$（PEA：苯乙基铵，BA：丁基铵），是远远低于可比的3D钙钛矿。由缺陷引起的键合中断在2D网络中比在3D网络中更有害，使得缺陷形成在能量上更昂贵。通过与Pb合金化，可以进一步增强2D Sn碘化钙钛矿的稳定性。然而，如果由于非平衡生长条件而出现相当大浓度的点缺陷，则这些缺陷会妨碍2D钙钛矿的光电性能，因为它们引入了深陷阱。我们认为，陷阱能级是负责在实验中观察到的2D钙钛矿宽的子带隙发射。
2022-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Strong Impact of Halide Ordering on Structural Phase Transitions in Mixed Perovskites
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；University of Birmingham（伯明翰大学）
本研究通过机器学习势模拟发现，混合卤化物钙钛矿中的卤素有序性显著影响结构相变温度，是决定其相稳定性的关键因素。
2026-09-10 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
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
Thermoelectric properties of Lead halide Janus layers -- A theoretical investigation
本文利用密度泛函理论研究二维铅卤化物 Janus 层的热电性能，发现其具有低晶格热导率和优异热电优值，为高性能铅基热电材料设计提供依据。
2025-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Magnetoelectrics in all Inorganic Quasi-Two-Dimensional Halide Perovskites
研究在准二维卤化物(K,Rb)3Mn2Cl7中通过极性-反极性相变实现热控磁电耦合，证明卤化物可作为多铁性器件的新平台。
2023-11-15 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
Deriving a comprehensive dataset of optical constants for metal halide perovskites
University of Washington（华盛顿大学）；University of Oxford（牛津大学）；University of Cambridge（剑桥大学）
本研究推导了金属卤化物钙钛矿的综合性光学常数数据集，通过先进制备工艺和测量技术，结合Kramers-Kronig框架和插值方案，提供标准化的光学建模基础。
2026-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Relativistic quasiparticle self-consistent electronic structure of hybrid halide perovskite photovoltaic absorbers
基于有机金属卤化物钙钛矿CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$的光吸收层的太阳能电池最近已经达到15%的转换效率，尽管这些材料如何工作仍然在很大程度上未知。在准粒子自洽GW近似下分析了电子结构和光学性质。虽然这种化合物与传统的sp半导体有一些相似之处，但它也显示出独特的特性。准粒子自洽性对于精确描述能带结构是必不可少的：带隙比局域密度近似（LDA）或基于LDA的GW预测的要大得多。价带色散以一种非常不寻常的方式被改变。此外，自旋轨道耦合强烈修改的能带结构，并引起非常规的色散关系和Dresselhaus分裂的带边。平均空穴质量很小，这是最近观察到的长扩散长度的原因。表面电离电位（功函数）计算为5.7 eV相对于真空水平，解释有效的载流子转移到TiO $_2$和Au电接触。
2014-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Influences of stoichiometry deviations on geometry and electronic structures of TiO2 anatase (101)
利用USPEX和VASP程序系统地研究了TiO 2纳米晶（101）的缺陷和重构。对于轻还原的样品，表面O空位的覆盖率取决于其在体相中的浓度，而Ti空位则倾向于在体相中溶解。首次给出了严重还原样品的TiO_2_xO_（101）结构重构的原子构型。随着还原程度的增加，费米能级可以在整个带隙内进行调制。对于富氧样品，由于间接到直接的带隙跃迁和带隙变窄，O晶体负责可见光光活性。总之，TiO 2 <$（101）的化学计量偏差对光催化反应具有广泛的意义。
2015-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis, Crystal Structure, Magnetic and Electronic Properties of the Caesium-based Transition Metal Halide Cs3Fe2Br9
通过引入过渡金属元素Fe，探索了与重要太阳能系统相关的卤化物材料如CsPbX 3（X = Cl，Br，I）的多样性。合成了一种新化合物Cs_3Fe_2Br_9（空间群P_6_3/mmc，a = 7.5427（8），c = 18.5849（13）），发现它含有0 D共面的Fe_2Br_9八面体二聚体。与它的同质异能态Cs3 Bi 2 I9不同，它是黑色的，具有1.65 eV的低光学带隙，并在TN = 13 K以下表现出反铁磁行为。密度泛函理论计算进一步阐明了这些性质，并预测该材料应具有各向异性输运特性。
2017-10-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Reversible photo-switching optical functionality in two-dimensional mixed-halide hybrid perovskites
Universidad Politécnica de Cartagena（卡塔赫纳理工大学）；Monash University（蒙纳士大学）
研究二维混合卤化物杂化钙钛矿中光开关光学功能，通过结合推挤弹性带和光力计算等方法，揭示光致卤离子交换源于强光-晶格耦合，建立无缺陷内在机制，还证明了无光时的内在自复位特性。
2026-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Large Jahn-Teller shifts and splittings observed in halide perovskite CsPbBr3
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie（柏林亥姆霍兹材料与能源中心）；New Technologies Research Centre, University of West Bohemia（西波希米亚大学新技术研究中心）；IMDEA Nanociencia（IMDEA纳米科学研究所）
本研究在CsPbBr3中观测到姜-泰勒效应相关的能带位移与分裂，关联其与PbBr6八面体畸变的关系，揭示了卤化物钙钛矿的强电子-晶格相互作用。
2026-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Complete Suppression of Phase Segregation in Mixed-Halide Perovskite Nanocrystals under Periodic Heating
在连续光照射下，已知在半导体混合卤化物钙钛矿中形成具有分离的卤化物成分的局部域，从而由于带隙能量和电荷载流子特性的负变化而严重限制了它们的光电应用。在这里，我们将混合卤化物钙钛矿CsPbBr1.2I1.8纳米晶体沉积到氧化铟锡衬底上，通过施加或去除外部电压，其温度可以在几秒钟内迅速改变~10度。这种突然的温度变化引起CsPbBr1.2I1.8纳米晶体从分离相到混合相的暂时转变，当光照射与周期性加热循环耦合时，后者可以永久保持。这些发现标志着有害的相分离问题的实际解决方案的出现，因为在使用混合卤化物钙钛矿的各种基础研究和实际设备中可以容易地获得小的温度调制。
2023-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bandgap Lowering in Mixed Alloys of Cs2Ag(SbxBi1-x)Br6 Double Perovskite Thin Films
卤化物双钙钛矿由于其组成元素毒性低、在空气中稳定、载流子寿命长而受到人们的广泛关注。然而，大多数双钙钛矿，包括Cs2 AgBiBr 6，具有宽的带隙，这限制了光转换效率。可以通过用Sb 3+中空化来降低带隙，但是由于Cs2 AgSbBr 6的高形成能（其本身具有宽带隙），所以富Sb合金难以合成。我们开发了一种基于溶液的合成相纯的Cs2 Ag（SbxBi 1-x）Br 6薄膜的方法，其中混合参数x在整个组成范围内连续变化。我们发现，混合合金（x在0.5和0.9之间）表现出更小的带隙（低至2.08 eV）比纯Sb-（2.18 eV）和Bi-基（2.25 eV）的化合物，强烈偏离Vegard定律。通过深入的计算，我们提出，带隙降低引起的Cs2 AgBiBr 6和Cs2 AgSbBr 6之间的II型带对齐。Bi和Sb s和p原子轨道之间的能量失配，加上它们的非线性混合，导致合金采用比纯化合物更小的带隙。我们的工作展示了一种实现带隙减小的方法，并强调了通过将材料配对在一起形成II型能带排列，可以在其他双钙钛矿合金中发现带隙弯曲。
2020-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Approaching the limits of optoelectronic performance in mixed cation mixed halide perovskites by controlling surface recombination
我们证明了表面复合在混合阳离子，混合卤化物钙钛矿，FA0.83Cs0.17Pb（I0.85Br0.15）3的关键作用。通过用可聚合的路易斯碱（3-氨丙基）三甲氧基硅烷（APTMS）钝化非辐射缺陷，我们转变这些薄膜。我们证明了平均少数载流子寿命> 4 μs，几乎单指数单分子PL衰减，以及伴随的高外部光致发光量子效率（> 20%，对应于最大理论准费米能级分裂的~97%）在低激发注量。我们使用多机构交叉验证的XPS和UPS测量确认了FA 0. 83 Cs 0. 17 Pb（I 0. 85 Br 0. 15）3钙钛矿的组成和价带边缘位置。我们将APTMS表面钝化扩展到更高的带隙双阳离子（FA，Cs）组合物（1.7 eV，1.75 eV和1.8 eV）以及广泛使用的三重阳离子（FA，MA，Cs）组合物，并观察表面钝化后显着的PL和PL寿命的改善。最后，我们证明了FA0.83Cs0.17Pb（I0.85Br0.15）3的平均表面复合速度（SRV）从~1000 cm/s降低到~10 cm/s后APTMS钝化。我们的研究结果表明，表面介导的复合是主要的非辐射损耗途径在MA-免费的混合阳离子混合卤化物膜具有一系列不同的带隙，这是一个问题，观察到广泛的钙钛矿活性层和反应性电接触。这项研究表明，表面钝化和接触工程将使这些材料的近理论器件效率。
2020-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Local Strain Heterogeneity Influences the Optoelectronic Properties of Halide Perovskites
卤化物钙钛矿是用于廉价、高性能光电子学的有前途的半导体。尽管与常规半导体相比具有显著的缺陷容限，但钙钛矿薄膜在诸如发光效率和器件性能的关键性质中仍然显示出显著的微观尺度异质性。这种行为已被归因于作为陷阱介导的非辐射复合位点的子带隙电子态的群体中的空间波动。然而，缺陷容忍度的变化，陷阱状态和程度的起源仍然是一个有争议的话题，准确的理解是至关重要的缺陷管理策略的合理设计。通过结合扫描X射线衍射光束线在两个不同的同步加速器与高分辨率透射电子显微镜，我们揭示了10微米尺度（超晶粒），甚至10纳米尺度（亚晶粒域）的异质性水平。我们发现，局部应变与增强的缺陷浓度，和局部结构和时间分辨的光致发光之间的相关性表明，这些应变相关的缺陷是非辐射复合的原因。我们揭示了缺陷浓度和非辐射损失之间的直接联系，以及跨多个长度尺度的复杂异质性，从而为卤化物钙钛矿中结构缺陷的存在和影响提供了新的线索。
2018-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Dissipation-induced symmetry breaking: Emphanitic transitions in lead- and tin-containing chalcogenides and halide perovskites
铅和锡基硫属化物半导体如PbTe或SnSe长期以来一直被认为表现出异常低的热导率，这使得它们成为非常有吸引力的热电材料。一个明显无关的事实是，这些材料中的激子带隙随温度增加，而对于大多数半导体，人们观察到相反的趋势。这两个异常特征也见于非常不同的一类光伏材料，即卤化物-钙钛矿，如CsPbBr 3。以前有人提出，emphanisis，一个当地的破坏性现象，是这些不寻常的特征的一个共同起源。十年前发现的emphanisis是指在高温下观察到的铅或锡离子从立方对称基态到局部扭曲相的位移。这种现象一直令人困惑，因为高温态的对称性低于简并基态是不寻常的。受著名的氨分子的振动反转共振的启发，我们提出了一个基于量子隧道的emphanisis模型，其中退相干是负责本地对称性破缺随着温度的升高。从隧道分裂的温度依赖性（作为序参量）的解析表达式，我们提供了三个参数的拟合公式，捕获所观察到的离子位移的温度依赖性以及激子带隙的异常增加在所有相关的材料。
2020-12-10 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Impressive optoelectronic and thermoelectric properties of two-dimensional XI$_2$ (X=Sn, Si): a first principle study
二维金属卤化物由于其电子学和光电学性质而受到越来越多的关注。近年来，由于金属卤化物单层膜具有超低的晶格电导率、高的Seebeck系数和品质因数，研究者们对金属卤化物单层膜的热电性能产生了浓厚的兴趣。本文利用密度泛函理论和Boltzmann输运方程研究了XI $_2$（X=Sn和Si）单分子膜的热电和光电性质。通过原子位置弛豫优化了结构参数。SnI $_2$和SiI $_2$单分子膜均具有优异的热电和光学性能。对于SnI $_2$，观察到2.06 eV的间接带隙，并且在4.68 eV处发现吸收峰。为此，已计算出600K下p型掺杂的最高ZT值为0.84。类似地，对于SiI $_2$，观察到1.63 eV的相对低的间接带隙，并且在4.86 eV处获得吸收峰。计算得到SiI $_2$在600 K时的ZT乘积为0.87。这两种晶体具有高的吸收率和ZT值，表明它们可以作为光电和热电器件的有希望的候选者。
2020-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Density Functional Leveraged Tight-binding Insights into Inorganic Halide Perovskites
本研究采用Wannier化紧束缚方法研究无机铅卤钙钛矿，通过阴离子交换调控带隙，构建简化可解释的TB模型，揭示不同钙钛矿的跃迁机制差异，并为提升热电性能的掺杂策略提供指导。
2025-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Exciton-polariton stimulated scattering in hybrid halide perovskites
本研究在MAPbBr$_3$钙钛矿中实验和理论上证实了室温下激子-极化激元受激声子辅助散射，表现为发射强度爆炸增长、红移和光谱变窄。
2024-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Machine Learning-Enhanced Design of Lead-Free Halide Perovskite Materials Using Density Functional Theory
本研究结合机器学习与密度泛函理论，预测并验证了七种新型无铅卤化物钙钛矿材料，其中CsMnCl$_4$带隙为1.37 eV，适用于光伏应用，为可持续材料设计提供了高效方法。
2024-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Decoding Ultrafast Polarization Responses in Lead Halide Perovskites by the Two-Dimensional Optical Kerr Effect
对入射光的超快偏振响应和随之产生的激子/载流子是卤化铅钙钛矿（LHP）优异光电性能的关键。迄今为止，LHP领域的大量机理研究集中在有机阳离子和高度极化的无机晶格对极化率的贡献。为了全面理解超快偏振响应，我们必须另外考虑对传播光场本身的几乎瞬时的超极化率响应。虽然光传播是光电子学和光子学的关键，但在带隙附近的LHP中对此知之甚少，其中可能发生受激发射、极化激元凝聚、超荧光和光子再循环。在这里，我们开发了二维光学克尔效应（2D-OKE）光谱来大力剖析LHP中的宽带光传播和色散非线性偏振响应。与先前的解释相反，发现混合CH 3 NH3 PbBr 3和全无机CsPbBr 3钙钛矿中的带隙以下OKE响应源自强超极化率和高度各向异性分散体。在这两种材料中，各向异性传播光场的非线性混合导致卷积振荡偏振动力学。基于四波混频模型，我们定量地推导出色散各向异性，再现2D-OKE频率相关，并建立偏振修饰光在单晶LHP中的传输。此外，我们的研究结果强调了区分经常被忽视的各向异性光传播的重要性，从潜在的相干准粒子响应在各种形式的超快光谱。
2020-10-24 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
