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
Data-driven atomistic modelling of hybrid halide perovskite passivation
Inorganic Chemistry Laboratory, Department of Chemistry, University of Oxford（牛津大学化学系无机化学实验室）；Department of Physics, University of Oxford（牛津大学物理系）
研究混合卤化物钙钛矿表面缺陷分子钝化的原子机制，用类似大语言模型连续微调的多步骤训练管道，结合两个数据集进行原子建模和计算实验，揭示相关相互作用随分子表面覆盖度的演变。
2026-07-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Machine learning the DFT potential energy surface for inorganic halide perovskite CsPbBr$_3$
作为温度函数的结构相变决定了许多技术上重要的材料的结构-功能关系。谐波哈密顿量已被证明在预测许多材料的振动特性方面是成功的。然而，他们是不够的建模结构相变的晶体与势能面，无论是强非谐或非\n凸集体原子位移或均匀应变。在本文中，我们开发了一个框架来表达高度非谐的第一性原理势能面作为集体集团变形的多项式。我们进一步适应的方法，通过使用人工神经网络模型的集群扩展形式主义的非线性扩展。机器学习模型在第一性原理计算的大型数据库上进行训练，并显示出以低误差再现势能面。
2019-07-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
Quantifying Dynamic Tilting in Halide Perovskites: Chemical Trends and Local Correlations
本研究通过机器学习势的大规模分子动力学模拟，量化了卤化物钙钛矿中八面体的动态倾斜，揭示了即使在立方相中也存在的强短程有序，并建立了化学趋势，为理解其局域畸变和光电性质提供了新视角。
2023-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Tight-binding description of inorganic lead halide perovskites in cubic phase
针对无机卤化铅钙钛矿能带结构特性，提出基于sp3d5s*基组的标准经验紧束缚模型，实现了与DFT计算的高精度拟合，为低成本原子级模拟钙钛矿纳米结构提供了有效方法。
2021-01-06 cond-mat.mes-hall 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
The impact of the halide cage on the electronic properties of fully inorganic caesium lead halide perovskites
通过混合和完全无机化合物的合金化制备了具有创纪录的功率转换效率的Percent太阳能电池。虽然混合钙钛矿的基本电子性质现在已经很好地理解，但太阳能电池性能的关键电子参数，例如完全无机钙钛矿的激子结合能，仍然是未知的。通过进行磁透射测量，我们确定与高精度的激子结合能和约化质量的完全无机CsPbX $_3$钙钛矿（X=I，Br，和这些合金）。带隙随温度在$4-270$ 1，K范围内的良好表现（连续）演变表明完全无机钙钛矿不像它们的混合对应物那样经历结构相变。实验测定的介电常数表明，在低温下，当有机阳离子的运动被冻结时，对于混合和无机钙钛矿，介电屏蔽机制基本上是相同的，并且由铅-卤化物笼内原子的相对运动主导。
2017-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Role of polyhedron unit in distinct photodynamics of zero-dimensional organic-inorganic hybrid tin halide compounds
零维（0 D）金属卤化物包括周期性分布和隔离的金属卤化物多面体，其充当最小的无机量子系统并且可以容纳准定域Frenkel激子。这些激子表现出独特的量子物理特性，包括宽带光子发射、巨大的斯托克斯位移和长的衰变寿命。由于金属离子的配位程度，多面体可以具有不同的对称性。关于多面体类型如何影响0 D金属卤化物晶体的特性知之甚少。合成并比较研究了三种新型一维有机-无机杂化卤化锡化合物。它们是高效的光发射体，最高量子产率为92.3%。虽然它们具有相同的有机基团组成，但最稳定的相对于溴化物和碘化物是由八面体组成，而对于氯化物是由双苯型（跷跷板结构）组成。它们分别表现出双指数和单指数发光衰减，由于不同的对称性（C1组的八面体和C2组的双苯）和相应的不同的电子结构。在三种卤化物中，氯化物具有最大的吸收光子能量，但它具有最小的发射光子能量。在实验和密度泛函理论计算的基础上，提出了一个关于空带简并度的模型，很好地解释了实验现象，揭示了多面体类型在决定一维卤化锡化合物光学性质中的重要作用.
2021-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Orbital Coupling in All-Inorganic Metal-Halide Perovskites: the Hidden Force that Matters
本文综述了全无机金属卤化物钙钛矿中强自旋-轨道耦合对能带结构、磁阻、自旋寿命及Rashba效应等的影响，并结合晶体结构、光物理和能带拓扑研究，展望其在新型光电应用中的突破方向。
2023-11-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spinodal Decomposition-Enabled Halide Perovskite Double Heterostructure with Reduced Fröhlich Electron-Phonon Coupling
外延III-V族半导体异质结构是现代微电子学、电光学和光电子学中的关键部件。卤化物钙钛矿材料具有优异的半导体性能，是相干异质结构器件的有前途的候选者。在这篇报告中，提出并实验实现了在卤化物钙钛矿体系中制备外延双异质结构的亚稳分解。采用化学气相沉积法，通过范德华外延制备了纯的混合卤化物钙钛矿外延棒和薄膜。在室温下，应用光子作为旋钮来调节亚稳分解和经典粗化的动力学。通过这种方法，卤化物钙钛矿双异质结构被创建携带外延界面和突出的光学性能。在共格卤化物双异质结构中发现了减少的Fröhlich电子-声子耦合，这被假设归因于广泛存在于III-V族双异质结构中的经典声子限制效应。在卤化物钙钛矿中开发相干双异质结构的能力为探索用于高性能和低成本光电子学、电光学和微电子学的基于卤化物钙钛矿的量子阱和超晶格铺平了道路。
2016-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Ionization energy as a stability criterion for halide perovskites
杂化有机-无机卤化物钙钛矿的不稳定性阻碍了它们在光伏应用中的发展。第一性原理计算用于评估混合卤化物钙钛矿的分解反应焓，这与实验观察到的器件特性的退化有关。然而，缺乏用于预测卤化物钙钛矿的稳定性的简单标准，因为Goldschmidt的公差和八面体几何因子不能完全捕获那些钙钛矿的可成形性。在本文中，我们扩展了Born-Haber循环划分成晶格，电离和分子化能量组件的各种钙钛矿结构的反应焓。对反应焓的各种贡献的分析指出分子的电离能和笼作为预测混合卤化物钙钛矿稳定性的化学趋势的附加标准。讨论了寻找具有改进的化学稳定性的新的钙钛矿结构以用于光伏应用的前景。
2016-12-14 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Orientational migration of halide ion in lead halide perovskites
随着卤化铅钙钛矿太阳能电池的快速发展，有相当多的证据表明，移动离子强烈影响其性能。然而，除了活化能，离子迁移的其他性质大多是探索与第一性原理计算。本文研究了溴化铅钙钛矿单晶微片中卤离子（空位）的迁移。与传统的研究与外部偏置电压，我们引入内置的电位到微孔板通过低能电子束和研究相应的离子迁移。通过沿特定晶面排列电位，在每个电池的未辐照中心处观察到Pb 2+还原为Pb 0，首次证明卤离子的迁移具有优先方向。我们的观察结果与最近的理论模型相一致，并将为提高钙钛矿太阳能电池的性能开辟一条新的途径。
2018-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Photophysics of Two-Dimensional Semiconducting Organic-Inorganic Metal-Halide Perovskites
2D有机-无机杂化钙钛矿（2DHP）由交替的阴离子金属卤化物层和阳离子有机层组成。它们具有广泛可调的结构和光学性质。我们回顾了有机阳离子在定义2DHP的结构和光学性质的作用，通过例如碘化铅2DHP。尽管激子存在于金属卤化物层中，但有机和无机框架不能分开-它们必须被视为一个单一单元以充分理解2DHP的物理学。我们关联阳离子诱导的扭曲和无序的无机晶格与由此产生的光学性质。我们还讨论了阳离子在创建和改变离散激子结构，出现在低温下的一些2DHP，包括阳离子依赖的存在下的热激子光致发光的作用。最后，我们的审查与展望2DHP，突出现有的差距，基础知识以及潜在的未来应用。
2021-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Gate-induced insulator to band-like transport transition in organolead halide perovskite
了解有机铅卤化物钙钛矿中的本征电荷输运对于开发高效光电子器件和其他光电子器件至关重要。尽管有机铅卤化物钙钛矿在光伏和光电应用中的快速发展，但这些材料中的本征载流子传输仍然难以捉摸，部分原因是制造电气器件和获得良好电接触的困难。在这里，我们报告的有机铅卤化物钙钛矿微板与单层石墨烯作为低势垒电接触的制造。一个系统的电荷输运研究揭示了绝缘体带状运输转变。我们的研究表明，从绝缘体到类能带的输运转变依赖于有机铅卤化物钙钛矿微片的正交到四方相变温度和缺陷密度。我们的研究结果不仅对电荷传输行为的基本理解很重要，而且还为基于有机铅卤化物钙钛矿的光电子学和光电应用提供了有价值的实际意义。
2016-10-09 cond-mat.mtrl-sci
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
Photo-physics of Hybrid Metal Halide Perovskite Semiconductor Thin Films: Application in Photovoltaic
本研究聚焦混合金属卤化物钙钛矿半导体薄膜的光物理特性，探究其在太阳能电池领域的应用，为相关光伏器件研发提供光物理层面的理论支撑。
2023-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
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
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
Structural disorder by octahedral tilting in inorganic halide perovskites: New insight with Bayesian optimization
结构无序在金属卤化物钙钛矿中是常见的，并且对于理解这些材料的功能性质是重要的。第一性原理方法可以解决原子尺度上的结构变化，但它们往往受到缺乏表征无序所需的结构采样方案的限制。在这项工作中，在基准无机卤化物钙钛矿CsPbI $_3^{}$和CsPbBr $_3^{}$的结构无序计算研究的三个八面体倾斜角。由此产生的能量和性能的变化所描述的三维势能面（PES）和属性景观，提供贝叶斯优化结构搜索方法与集成密度泛函理论（DFT）计算。在三维搜索中，PES与约200个DFT数据点的快速收敛证明了贝叶斯优化的主动学习和策略采样的能力。进一步的分析表明，无序度随着温度的升高而增加，并揭示了在有限温度下材料的带隙是无序结构的统计平均值。
2023-03-15 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
Impact of the Ligand Shell on Structural Changes and Decomposition of All-Inorganic Mixed-Halide Perovskite (CsPbX3) Nanocrystals under X-Ray Illumination
我们发现，铯铅卤化物钙钛矿纳米晶体在连续X射线照射下的分解依赖于表面配体。对于油酸/油胺，我们观察到伴随着元素铅和卤素的形成的快速衰减。在用金属卟啉衍生物进行表面官能化后，衰减明显较慢，并且涉及铅向Pb 0和Pb 3+的反离子化。在这两种情况下，分解之前，原子晶格的收缩，这似乎开始衰变。我们发现，金属卟啉衍生物诱导的纳米晶体上，我们认为负责改变和较慢的分解途径的强表面偶极子。这些结果对卤化铅钙钛矿纳米晶在X射线吸收器中的应用具有重要意义。
2021-12-18 cond-mat.mtrl-sci
First-principles Studies on Structural, Electronic, Optical and Mechanical Properties of Inorganic CS2NaTlX6 (X = F, Cl, Br) Double Halide Perovskites
在密度泛函理论的基础上，采用广义梯度近似（GGA）中的PBE泛函，计算了无铅卤化物双钙钛矿化合物Cs2NaTlX6 X = F，Cl，Br的结构、电学、光学和力学性质，计算了它们的晶格常数、晶胞体积、总能量、体积模量、压力导数、电子态密度揭示了该化合物的半导体性质，能带结构显示了带隙的直接性质，引入HSE 06泛函修正了GGA中低估的带隙，计算了该化合物的能带结构。PBE功能。实部和虚部的介电函数，吸收系数，能量损失函数，反射率，折射率和消光系数进行了分析和解释的电子结构。
2023-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Common acoustic phonon lifetimes in inorganic and hybrid lead halide perovskites
有机-无机卤化铅钙钛矿中的声学声子已被报道在布里渊区的大部分上具有非常短的寿命。由此产生的声子的缩短的平均自由程已被牵连作为低热导率的起源。我们应用中子能谱表明，相同的声学声子能量线宽加宽（对应于缩短的寿命）发生在完全无机CsPbBr $_{3}$通过比较有机-无机CH $_{3}$ NH $_{3}$ PbCl $_{3}$的结果。我们研究了CsPbBr $_{3}$的立方$Pm\overline{3}m$布里渊区的三个区域边界附近的临界动力学，并发现在动量点处的能量和动量加宽的动力学，其中Cs位（$A$位）运动对截面有贡献。中子衍射是用来确认，无论是Cs和Br网站有异常大的热位移与各向异性，反映了低温结构的扭曲。有机分子的存在对于在远离卤化铅钙钛矿中的区域中心的动量转移处破坏低能声学声子不是必需的，并且这种阻尼可以由$A$位点上的大位移或可能的无序驱动。
2019-09-21 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
Are Mobilities in Hybrid Organic-Inorganic Halide Perovskites Actually 'High'?
我们提出了一个典型的杂化有机-无机钙钛矿（HOIP）的电子载流子迁移率的实验和理论的观点。虽然这些迁移率通常被引用为高，但对它们的评论表明，尽管HOIP的半导体性质令人印象深刻，但大多数太阳能电池中使用的HOIP的迁移率实际上并不那么高。如果将它们与其他高效太阳能电池中使用的无机半导体进行比较，这一点尤其明显。我们严格审查可能的原因，并专注于在室温下活跃的电子晶格耦合机制，并可能导致载流子散射。从这一点，我们提出散射由于声学声子或极化子作为可能的原因，但也指出了这些在文献中的额外的实验和理论研究结果的困难。在这个方向上的进一步研究将有助于使HOIP太阳能电池比现在更有效。
2015-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Design of Lead-Free Inorganic Halide Perovskites for Solar Cells via Cation-Transmutation
具有原型材料CH $_{3}$ NH $_{3}$ PbI $_{3}$的杂化有机-无机卤化物钙钛矿最近作为低成本和高性能的光伏吸收体引起了强烈的兴趣。尽管其太阳能电池实现了超过20%的高功率转换效率，但在大规模商业化之前需要解决两个关键问题-与其固有材料不稳定性相关的不良器件稳定性和由于水溶性Pb $^{2+}$引起的毒性。在这里，我们解决这些问题，利用阳离子嬗变的策略，设计稳定的无机无铅卤化物钙钛矿太阳能电池。该想法是将两个二价Pb $^{2+}$离子转化为一个单价M $^{+}$和一个三价M $^{3+}$离子，形成双钙钛矿结构的丰富的季卤化物类。通过第一性原理计算我们发现这类材料具有良好的抗分解相稳定性和宽范围可调的光电性能。与photophoric-functionality-directed材料筛选，我们确定了11个最佳的材料具有固有的热力学稳定性，合适的带隙，小的载流子有效质量，和低激子结合能作为有前途的候选人，以取代铅基光伏吸收剂在钙钛矿太阳能电池。还确定了此类材料的相稳定性和电子性质的化学趋势，为用它们制造的钙钛矿太阳能电池的开发提供了有用的指导。
2017-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of (organic-)inorganic metal halide perovskites: the dilemma of choosing the right functional
有机-无机金属卤化物钙钛矿（HaPs）因其捕光性能而被广泛研究。由于强的电子-电子相互作用和自旋-轨道耦合（SOC）之间的相互作用，它们的定量理论描述仍然是一个挑战，如文献中的各种结果所证明的。在这里，各种方法计算其电子结构进行评估，也占SOC。更具体地说，GW的方法以及混合泛函PBE 0和HSE的变体是我们的调查的中心。对于这两个泛函，我们探索的方法来确定混合参数$α$，和HSE，我们调查的筛选参数$ω$的影响。一个广泛的调查，PbI 2，许多HaPs的前体，导致的结论是，混合泛函与$α$调整的基于密度的混合方法是最适合于获得带隙可比的$G_0W_0$的结果。此外，该方法可转移到CsPbI 3，并且对于整个铅-碘钙钛矿家族预期相同的行为。
2021-10-31 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
High Open-Circuit Voltages in Lead-Halide Perovskite Solar Cells - Experiment, Theory and Open Questions
卤化铅钙钛矿的最显著的特征之一是它们具有缓慢复合的能力，尽管这些材料大多在室温下从溶液中加工。当在太阳能电池中使用铅卤化物钙钛矿层时，缓慢的复合允许实现高的开路电压。该观点讨论了我们对铅卤钙钛矿中复合和开路电压的理解和实验数据的最新水平。一个特别的重点放在开放的问题，社区必须解决设计未来的光伏和光电子器件的基础上铅卤化物钙钛矿和其他半导体具有类似的性能。
2019-03-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
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
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
Relationships between distortions of inorganic framework and band gap of layered hybrid halide perovskites
层状混合卤化物钙钛矿（LHHP）的无机框架的前所未有的结构灵活性和多样性产生了广泛的有用的光电性质，从而预先确定了对该材料家族的特别高的兴趣。然而，其无机框架的不同类型的扭曲对关键物理性质如带隙的影响尚未被定量确定。系统地研究了LHHP的禁带宽度与无机骨架的6个主要结构参数的关系，包括层间距（dint）、八面体层的面内和面外扭曲角（θin，θout）、层移因子（LSF）、轴向和赤道向Pb-I键距（dax，deq）。利用所选择的结构畸变集，我们实现了基于多步DFT和机器学习方法的材料逆设计，以搜索具有目标带隙值的LHHP。对（100）单层LHHP的宽范围生成的模型结构的计算描述符带隙依赖性的分析导致其重要性的以下降序：dint > θin > dax > LSFmin > θout > deq > LSFmax，并且还暗示了某些结构描述符对的强相互作用值。此外，我们发现，具有完全不同的无机骨架畸变的结构可以具有相似的带隙，如由许多实验和模型结构所示。
2021-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Homogenization of Halide Distribution and Carrier Dynamics in Alloyed Organic-Inorganic Perovskites
通过有机和无机阳离子合金化，Percent太阳能电池显示出超过22%的显着效率。然而，碱金属阳离子的作用还没有得到很好的理解。通过使用基于同步辐射的纳米X射线荧光和互补测量，我们表明，当添加RbI和/或CsI的卤化物分布变得均匀。这种均匀化转化为长寿命的载流子衰减，空间均匀的载体动力学可视化的超快显微镜，以及改善的光伏器件性能。我们发现，Rb和K相分离在高度集中的聚集体。基于同步辐射的X射线束感应电流和电子束感应电流的研究表明，Rb团簇对电流没有贡献，是复合活性的。我们的研究结果揭示了钙钛矿中碱金属卤化物的有益作用，并指出了这些复杂钙钛矿的元素组成中的薄弱领域，为提高这一快速增长的太阳能电池应用材料家族的性能铺平了道路。
2018-04-29 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
Room-Temperature Processing of Inorganic Perovskite Films to Enable Flexible Solar Cells
无机卤化铅钙钛矿材料最近引起了极大的关注，这是由于它们与杂化有机钙钛矿相比具有更大的热稳定性的潜力。然而，在许多这些体系中，从非钙钛矿相转化为立方钙钛矿相的高加工温度限制了它们在柔性光电子器件中的应用。在这里，我们报告了室温处理的无机PSC的基础上CsPbI2Br作为光捕获层。通过将这种组合物与关键的前体溶剂相结合，我们表明可以在室温条件下在空气中通过真空辅助方法制备无机钙钛矿薄膜。未封装的器件实现了功率转换效率高达8.67%时，测量下1太阳照射。利用这种室温工艺，展示了基于无机金属卤化物钙钛矿材料的柔性无机PSC。
2018-06-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Structural and optoelectronic properties of the inorganic perovskites AGeX3 (A = Cs, Rb; X = I, Br, Cl) for solar cell application
用第一性原理方法预测了无机锗基卤化物钙钛矿化合物AGeX 3（A = Cs，Rb; X = I，Br，Cl）的结构、电子和光学性质。特别是，绝对电子能带水平计算使用两个不同的表面终端的每种化合物，再现实验频带对齐。
2018-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Opto-thermal transport engineering in hybrid organic-inorganic lead halide perovskites metasurfaces
近年来，卤化物钙钛矿因其优异的光电性能而受到广泛关注，并被广泛的光谱研究所阐明。在这篇文章中，使用软光刻的纳米光子表面工程已被用于复制具有增强功能的纳米结构。采用基于拉曼光谱和光致发光（PL）光谱的非侵入式光学技术研究了表面图案化的有机-无机卤化物钙钛矿薄膜的热行为和光学行为的交互作用。工程钙钛矿薄膜的热物理性质是从样品的拉曼光谱和PL光谱中的代表性峰位置的软化提取的，其作为温度标记。研究表明，图案化薄膜的局部温度升高相对较高，这是由于其增强的吸收。因此，建立了压印钙钛矿薄膜中的光热传输现象之间的串扰，该串扰与增强器件性能以及保持器件稳定性有关。
2021-06-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Predicting the Inorganic Exciton Peak Position in 2D Hybrid Organic-Inorganic Perovskites from Hybrid Density Functional Theory
本文结合含自旋轨道耦合的HSE06杂化密度泛函计算与实验关系，确定普适交换参数并建立PBE到实验光学带隙的映射，从而预测二维杂化有机-无机钙钛矿的无机激子能量，为筛选新型光电器件材料提供高效方法。
2024-07-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Synthesis of organic-inorganic perovskite and all-inorganic lead-free double perovskite nanocrystals by femtosecond laser pulses
Julius-Maximilian University of Würzburg（维尔茨堡朱利叶斯-马克西米利安大学）；Leibniz University Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院）
利用飞秒激光脉冲合成高纯度无配体钙钛矿纳米晶体，实现可调光学性质和新型光电设备研发。
2025-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Broad Distribution of Local I/Br Ratio in Illuminated Mixed Halide Perovskite Films Revealed by Correlative X-ray Diffraction and Photoluminescence
通过相关X射线衍射和光致发光实验研究了混合卤化物钙钛矿MAPb（BrxI 1-x）3在全组分范围内的光致相分离。
2021-01-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
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
