Multi-scale model for the structure of hybrid perovskites: Analysis of charge migration in disordered MAPbI$_3$ structures
我们已经开发了一个多尺度模型的有机-无机混合钙钛矿（HP），适用于量子力学（QM）计算的小HP超晶胞模型的大粗粒度结构。利用混合量子-经典跳跃模型，研究了阳离子无序对超晶格中电荷迁移率的影响，这是优化超晶格光伏性能的一个关键特征。我们的多尺度模型参数化的原型HP材料，甲基铵三碘化铅（CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$，或MAPbI $_3$）相邻的甲基铵阳离子（MA $^+$）之间的相互作用。对于电荷迁移率的分析，我们解决了QM的网站到网站的跳跃概率解析和计算的最近邻电子耦合能量从能带结构的MAPbI $_3$与密度泛函理论。我们研究了有序和无序MA $^+$阳离子的各种MAPbI $_3$超晶胞模型中的电荷迁移率。我们的研究结果表明，在50 $-$ 66 cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$的范围内的结构依赖性的迁移率，与观察到的最高的有序的四方相。
2018-10-11 cond-mat.mtrl-sci
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
Surface reconstruction of tetragonal methylammonium lead triiodide
本文通过第一性原理计算研究四方相MAPbI3（001）表面的原子与电子结构，发现MAI终止面更稳定，且添加或去除非极性MAI和PbI2单元的重构最稳定，重构表面未在带隙内引入新态。
2021-08-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
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
Spin dynamics of electrons and holes interacting with nuclei in MAPbI$_3$ perovskite single crystals
甲基三碘化铅铵（MAPbI $_3$）是有机-无机混合卤化铅钙钛矿的代表性材料，由于其光伏效率和明亮的光电性能，目前引起了极大的关注。本文利用时间分辨克尔旋转方法，在低温下，在高达3 T的磁场中，研究了MAPbI $_3$单晶中载流子的相干自旋动力学以及载流子与核自旋相互作用引起的自旋相关现象。自旋退相时间高达几纳秒和37纳秒的纵向自旋弛豫时间进行测量。在克尔旋转信号中识别了驻留电子和空穴的拉莫尔自旋进动。正交晶相中的Landé因子（$g$ -因子）显示出很强的各向异性，对于空穴从$-0.28$到$-0.71$，对于电子从$+2.46$到$+2.98$，而约1%的$g$ -因子分散相当小。利用磁反射率测量了$+2.3$的激子$g$因子。通过自旋极化的电子和空穴的动态核极化是在倾斜磁场中实现的，从而获得载流子-核交换相互作用和超过16分钟的核自旋弛豫时间。
2022-01-18 cond-mat.mtrl-sci
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
Influence of water intercalation and hydration on chemical decomposition and ion transport in methylammonium lead halide perovskites
近年来，甲基铵（MA）卤化铅钙钛矿\ce{CH3NH3PbX3}（X=I，Br，Cl）在钙钛矿太阳能电池（PSC）中的使用在性能效率方面取得了很大的进展。然而，\ce{MAPbI3}在潮湿环境中的快速分解阻碍了PSC的户外应用，因此需要全面了解其降解机制。为此，我们使用第一性原理计算研究了水嵌入和水合对\ce{CH3NH3PbX3}的分解和离子迁移的影响。发现水与\ce{PbX6}和MA通过氢键相互作用，前者的相互作用逐渐增强，而后者在X=I → Br → Cl时几乎没有变化.热力学计算表明，水嵌入到钙钛矿，而水嵌入和一水合化合物是稳定的分解。更重要的是，水插层大大降低了空位介导的离子迁移的活化能，其从X=I到Br和Cl变得更高。我们的工作表明，必须避免卤化物钙钛矿的水合作用，以防止PSC在水分暴露时的降解。
2017-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Resonant spin amplification and accumulation in MAPbI$_3$ single crystals
本文在低温下通过时间分辨克尔椭圆率技术研究MAPbI₃单晶的自旋动力学，发现长达30 ns的电子自旋弛豫和21 ns的退相干时间，并利用共振自旋放大等方法揭示自旋积累效应，证明铅卤钙钛矿适用于量子技术。
2025-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Photothermally induced, reversible phase transition in methylammonium lead triiodide
已知金属卤化物钙钛矿（MHP）在加热时会经历几种结构相变，从较低的对称性到较高的对称性。虽然结构相变已被广泛的光学，热学和电学的方法进行了研究，大多数测量是准静态的，因此不提供直接的信息有关的基本时间尺度的相变在这一类新兴的半导体。在这里，我们调查的正交到四相相变的原型金属卤化物钙钛矿，甲基铵三碘化铅（CH3NH3PbI3或MAPbI3）使用低温纳秒瞬态吸收光谱的时间尺度。通过使用中红外泵浦脉冲加热的材料在略低于相变温度和探测作为延迟时间的函数的瞬态光学响应，我们观察到一个干净的签名的瞬态，可逆的正交到四相相变。发现正向相变在几十纳秒的时间尺度上进行，之后反向相变在与从膜到下面的衬底的热耗散相称的时间尺度上进行。观察到高度的瞬态相变占稳态相变的三分之一。与完全无机的相变材料如VO2相比，MAPbI 3中缓慢相变的数量级可以归因于与有机阳离子和无机框架之间的强氢键相关的大的能垒。我们的方法为解开MHP和其他混合半导体材料的相变动力学铺平了道路。
2022-03-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Quantification of Ion Migration in CH3NH3PbI3 Perovskite Solar Cells by Transient Capacitance Measurements
基于有机-无机金属卤化物钙钛矿的太阳能电池显示出接近高度优化的硅太阳能电池的效率。然而，钙钛矿膜中的离子迁移导致器件退化并阻碍大规模商业应用。我们使用瞬态离子漂移测量来量化甲基铵三碘化铅（MAPbI3）钙钛矿太阳能电池中的活化能，扩散系数和移动离子的浓度，并发现它们的性质变化接近四方晶系到正交相变温度。我们确定了三个迁移离子物种，我们归因于碘化物（I-）和甲基铵（MA+）的迁移。我们发现，移动MA+离子的浓度是一个数量级高于移动的I-离子，移动MA+离子的扩散系数是三个数量级低于移动的I-离子。我们还观察到，移动I-离子（0.29 eV）的活化能是高度可重复的不同的设备，而移动MA+的活化能强烈依赖于设备的制造。MAPbI3中移动离子的这种量化将导致更好地理解离子迁移及其在钙钛矿太阳能电池的操作和降解中的作用。
2019-01-30 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
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
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
Combination of Optical Transitions of Polarons with Rashba Effect in Methylammonium Lead Tri-halide Perovskites under High Magnetic Fields
研究了MAPbX $_{3}$（X = I，Br和Cl）有机-无机杂化钙钛矿单晶在高达60 T的磁场下的光致发光（PL）跃迁。在这些材料中，尖锐的自由激子跃迁峰出现在低温（4.2 K）。在强磁场作用下，三种不同卤素原子的自由激子光致发光跃迁表现出明显的差异。MAPbCl $_{3}$晶体的自由激子跃迁经历负能量位移，而MAPbBr $_{3}$晶体的自由激子跃迁显示正常的抗磁位移。为了得到Cl到Br的变化，我们尝试测量MAPbCl $_{x}$ Br $_{3-x}$的PL跃迁.对于MAPbI $_{3}$，在4.2 K时，$σ^{+}$和$σ^{-}$跃迁的跃迁能移对磁场表现出幂律依赖性。这种不一致的磁场对不同卤素的影响使得很难通过统一的模型来理解跃迁能行为。我们提出了一个可能的机制，该机制是基于强自旋-轨道耦合引起的Rashba效应和无机元素的极性性质引起的极化子效应的组合。
2021-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Exciton-Dominated Core-Level Absorption Spectra of Hybrid Organic-Inorganic Lead Halide Perovskites
在理论和实验相结合的工作中，我们研究了X射线吸收近边结构（XANES）光谱的I $L_3$和Pb $M_5$边缘的甲基铵碘化铅（$\textrm{MAPbI}_3$）混合无机-有机钙钛矿和它的二元相$\textrm{PbI}_2$。的吸收起始占主导地位的束缚激子具有相当大的结合能的几百毫电子伏和显着的各向异性。这两种材料的光谱表现出显着的相似性，这表明在$\textrm{MAPbI}_3$的核心激发指纹基本上是由其无机成分，与有机基团的影响可以忽略不计。补充实验观察的理论分析提供了对这种复杂材料进行全面表征所需的概念性见解。
2018-04-18 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
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
Ultra-long charge carrier recombination time in methylammonium lead halide perovskites
金属卤化物钙钛矿（MHP）由于其优异的光伏特性而在太阳能电池中具有潜在的应用前景。近年来，基于MHP的太阳能电池的功率转换效率从最初的几个%迅速提高到单结器件的25%以上。因此，考虑到其低成本和易于制造，基于MHP的太阳能电池已成为发展最快的光伏技术。在这方面，最近的许多工作主要是基于甲基铵MHP的吸收剂材料，例如MAPbX $_3$，其中MA=CH $_3$ NH $_3$，X=Cl、Br和I。在这里，我们提出了在$4$至$290\ \text{K}$的非常宽的温度范围内对三种母体MAPbX $_3$的各种晶型进行的非接触式时间分辨光电导测量的结果，即，MAPbCl $_3$、MAPbBr $_3$和MAPbI $_3$。这种方法是通过使用一个高品质因数（Q）的微波谐振器，它与市售的微波桥配备了自动频率控制（AFC）和氦气流低温恒温器合作。
2022-08-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
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
Unravelling the role of vacancies in lead halide perovskite through electrical switching of photoluminescence
钙钛矿型三碘化铅（MAPbI 3）半导体材料具有优异的光伏和发光性能。我们解决了独特的行为，其中偏置电压可以用来打开和关闭横向对称电极的平面薄膜的发光。而不是一个均匀的抑制发射，如在其他有机半导体薄膜中，在MAPbI 3膜的暗区从正电极在1 μ m s-1的顺序缓慢的速度前进。在这里，我们解释了存在的尖锐的前在漂移的离子空位，大大降低了在膜中的辐射复合率。基于动态输运模型，我们表明，电流的平方倒数与时间成线性关系，与实验观察一致。这一见解导致碘空位D = 6 10-9 cm 2 s-1的扩散系数的直接测定，并提供了详细的信息和控制离子传导的混合钙钛矿材料的电光性能的影响。
2018-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic disorder, phonon lifetimes, and the assignment of modes to the vibrational spectra of methylammonium lead halide perovskites
本文报道了80 ~ 370 K温度范围内甲基卤化铅铵单晶（MAPbX_3，X = I，Br，Cl）的拉曼和太赫兹吸收光谱。这些结果与密度泛函理论的声子计算结果吻合良好。1实验光谱和计算的振动模式的比较，使50和3500 cm-1之间的大部分振动特征的信心分配。甲基铵阳离子的重新取向，在正交到四方相变时在其空腔中解锁，在形成不同化合物的振动光谱中起着关键作用。计算表明，这些动力学效应分裂拉曼峰，并创建更多的结构比预测的独立的谐波模式。这就解释了实验光谱中存在额外的峰，这是早期研究中混淆的原因。我们讨论奇异的功能，特别是扭转振动的C-N轴，这是唯一的分子模式，强烈影响的晶格的大小。从光谱线宽的分析，我们发现，MAPbI 3显示出异常短的声子寿命，这可以与低的晶格热导率。我们表明，光学，而不是声学声子散射很可能在室温下在这些材料中占上风。
2016-06-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
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
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
On the role of the electron-phonon interaction in the temperature dependence of the gap of lead halide perovskites
卤化铅钙钛矿引起了光化学范式的变化。在其他特性中，这些钙钛矿表现出基本光学间隙的非典型温度依赖性：它的能量随着温度的降低而降低。到目前为止的报告归因于一个特别强的电子-声子重整化的带隙，完全忽略了热膨胀效应的贡献。然而，例如，在原型钙钛矿MAPbI $_3$上进行的高压实验，其中MA代表甲基铵，产生了四氢呋喃室温相的间隙的负压力系数，这与由于热膨胀而导致的间隙偏移可忽略的假设相矛盾。在高压实验结果的基础上，我们发现对于MAPbI $_3$，由于电子-声子相互作用引起的温度诱导能隙重整化只能占总能量移动的40%左右，这意味着热膨胀是主导项.此外，这一结果具有普遍的有效性，也适用于在环境条件下稳定的其他卤化物钙钛矿对应物的四方相或立方相。
2019-03-25 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Interface Modeling of Perovskite Polymer Heterostructures for Enhanced Charge Transfer Efficiency in Hybrid Photovoltaic Materials
Sabanci University（萨班哲大学）
本研究通过DFT分析揭示了钙钛矿聚合物异质界面中表面终止对电荷传输的影响，发现PbI终止界面具有更强的电子耦合和电荷传输效率。
2025-12-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Elastic softness of hybrid lead halide perovskites
最近的注意力已经致力于解开的微观光电性能的杂化有机-无机钙钛矿（HOP）。本文利用相干非弹性中子散射谱和布里渊光散射研究了四种不同的混合钙钛矿单晶：MAPbBr $_3$，FAPbBr $_3$，MAPbI $_3$和$α$ -FAPbI $_3$（MA：甲基铵，FA：甲脒）中的低频声学声子。我们报告了一套完整的弹性常数表征的一个非常软的剪切模量C $_{44}$。此外，在FAPbBr $_3$中观察到朝向初始铁弹转变的趋势。我们观察到一个系统的较低的声音群速度在技术上重要的碘化物为基础的化合物相比，溴化物为基础的。研究结果表明，低热导率和热声子瓶颈现象预计将通过低弹性刚度来增强，特别是在超软$α$ -FAPbI $_3$的情况下。
2018-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Role of Polar Phonons in the Photo Excited State of Metal Halide Perovskites
高效钙钛矿太阳能电池的发展引发了对这些材料光学特性的大量测量。对于研究最多的甲基铵（MA）PbI $_3$钙钛矿，已经通过各种实验报道了大范围（6-55 meV）的激子结合能。激子在室温下是否存在还不清楚。对于MAPb $X_3$钙钛矿，我们报告相对论$GW$ -BSE计算。该方法能够直接从第一性原理计算激子性质。在低温下，它预测激子结合能与报告的“大”值。对于MAPbI $_3$，在此频率范围内存在的声子模式对离子屏蔽的贡献可以忽略不计。通过从有限温度分子动力学计算极化时间，我们表明，在室温下，这不会改变。因此，我们排除离子屏蔽作为实验观察到的激子结合能在室温下减少的解释。
2016-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Temporally-decoherent and spatially-coherent vibrations in metal halide perovskite
金属卤化物钙钛矿（MHP）具有长的载流子寿命和缺陷容限，是MHP光电子器件性能优异的主要原因。据报道，大极化子是长载流子寿命的原因。然而，大极化子形成的微观机制，包括所谓的声子熔化，仍在争论中。在这里，飞行时间（TOF）非弹性中子散射（INS）实验和第一性原理密度泛函理论（DFT）计算研究晶格振动（或声子动力学）的甲基碘化铅铵（$\rm{MAPbI_3}$），MHP的原型的例子。我们的研究结果表明，随着温度的升高，光学声子的时间相干性逐渐丧失，并在正交到四元结构的相变处消失。然而，令人惊讶的是，我们发现，空间相干性仍然保留在整个退相干过程。我们认为，时间上的退相干和空间相干的振动有助于在这种金属卤化物钙钛矿大极化子的形成。
2020-08-16 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
Subsurface Characteristics of Metal-Halide Perovskites Polished by Argon Ion Beam
本研究通过实验与蒙特卡洛模拟揭示氩离子束抛光在MAPbI3亚表面引起原子位移和局部加热，导致富铅缺碘表面加速热老化相分离，但体相完整性得以保持。
2022-12-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Defect Physics of Pseudo-cubic Mixed Halide Lead Perovskites from First Principles
由于铅基混合钙钛矿在光伏（PV）应用中的日益普及，了解其缺陷物理及其对光电性能的影响至关重要。在这项工作中，我们模拟的各种点缺陷的混合碘溴和溴氯甲基铵铅钙钛矿的赝立方结构的一般公式为MAPbI_{3-y} Br_{y}或MAPbBr_{3-y} Cl_{y}（其中y是0和3之间），并使用基于第一性原理的密度泛函理论计算来研究它们的相对形成能和电荷跃迁能级。我们确定的空位缺陷和铅对MA反位缺陷的最低能量的天然缺陷在每个钙钛矿。我们观察到，虽然所有MAPbI_{3-y} Br_{y}系统中的低能缺陷仅产生浅跃迁能级，但含Cl的钙钛矿中的Br或Cl空位缺陷具有低能并形成深能级，其随着Cl含量的增加而变深。此外，我们研究了在MAPbBr_{3}，MAPbCl_{3}和50-50混合卤化物钙钛矿，MAPbBr_{1.5} Cl_{1.5}中的Pb位点处的不同元素的外在取代，并确定了一些过渡金属，其产生比主要的本征缺陷更低的能量缺陷，并且还产生中间带隙电荷跃迁能级。
2019-08-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dynamic Chemical Changes of Ti3C2Tx MXenes in Halide Perovskite Precursor Environments
Ben Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学）；The Alexander Kofkin Faculty of Engineering, Bar Ilan University（巴伊兰大学亚历山大·科夫金工程学院）；Ilse Katz Institute for Nanoscale Science and Technology, Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学伊尔斯·卡茨纳米科学与技术研究所）；Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
本研究探究Ti3C2Tx MXenes在MAPbI3前驱体溶液中的化学稳定性，明确不同组分对MXenes的作用及添加顺序的影响，为MXenes在HaP光电器件中的合理应用提供基础。
2026-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structure at the Perovskite Rubrene Interface: The Effect of Surface Termination
本研究利用密度泛函理论和 GW 理论探究了不同表面终止对 MAPbI$_3$/rubrene 界面电子结构的影响，发现 PbI$_2$ 终止的钙钛矿表面能促进空穴转移，凸显了表面终止在界面性能中的关键作用。
2024-10-11 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Effect of crystal symmetry of lead halide perovskites on the optical orientation of excitons
本研究在1.6 K下比较四种不同对称性铅卤钙钛矿的激子光学取向，发现高达85%的极化，且不受失谐影响，证明晶体保持空间反演对称性，排除了Dyakonov-Perel自旋弛豫机制。
2024-11-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Highly stable photoluminescence in vacuum-processed halide perovskite core-shell 1D nanostructures
本文提出一种真空无溶剂法制备有机纳米线/TiO2/钙钛矿核@多壳一维纳米结构，实现了在多种气氛下超过300小时的高稳定光致发光，并展现出沿纳米线的强波导效应。
2024-03-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermal history controls the optoelectronic response of lead halide perovskites through structure and dynamics
University of Cambridge（剑桥大学）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）；Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)（蔚山科学技术院）；Linköping University（林雪平大学）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie（柏林亥姆霍兹材料与能源中心）；University of Oxford（牛津大学）
该研究发现热历史可通过调控卤化铅钙钛矿的局域结构动态纳米畴，改变其光电响应，热历史可作为与组分并列的材料设计变量。
2026-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Challenges in predicting positron annihilation lifetimes in lead halide perovskites: correlation functionals and polymorphism
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CEA（法国原子能和替代能源委员会）；Service de Recherches en Corrosion et Comportement des Matériaux, SRMP（腐蚀与材料行为研究服务，SRMP）；Department of Physics, IriG, Univ. Grenoble-Alpes and CEA（格勒诺布尔阿尔卑斯大学物理系，IriG 及 CEA）；CEA/DRF/IRAMIS；University Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；Department of Physics, University of Helsinki（赫尔辛基大学物理系）
研究通过比较不同近似方法，探讨了电子-正电子相关功能在铅卤化物钙钛矿中预测正电子湮灭寿命中的作用，并揭示了空位大小与寿命的关系，以及多形性对空位形成能的影响。
2026-04-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
