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
Influence of the Halide Ion on the A Site Dynamics in FAPbX3 (X = Br and Cl)
混合卤化铅钙钛矿的光电性质和最终的光伏性能与有机阳离子的动力学固有地相关。在这里，我们报告的FAPbX 3钙钛矿氯化物和溴化物品种的甲脒（FA）阳离子的动力学，通过中子能谱研究。弹性固定窗口扫描测量表明，在FAPbCl 3中的FA阳离子的重定向运动的发病发生在一个相当高的温度相比，在FAPbBr 3。此外，我们只在氯化物体系中观察到两个不同的动力学转变，表明FA阳离子的重定向运动随温度的变化有显着的变化。准弹性中子散射数据分析表明，在低温正交相中，FA阳离子围绕C-H轴发生了2次跳跃重取向，在中间四方相和高温立方相中转变为各向同性旋转.与FAPbBr 3的结果相比，揭示了两种卤化物的FA阳离子的时间尺度、重取向势垒和重取向运动的几何形状是显著不同的。我们注意到，这种依赖性的动态性能的A-网站阳离子的卤化物，是独特的FA系列;的几何形状的甲基铵（MA）阳离子动态MAPbX 3是已知的是不敏感的不同的卤化物。
2022-02-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Azetidinium as Cation in Lead Mixed Halide Perovskite Nanocrystals of Optoelectronic Quality
先前的理论计算表明，氮杂环丁烷鎓具有正确的径向尺寸以与卤化铅形成3D钙钛矿[1]，并且已被证明作为ABX 3单元的A位阳离子赋予铁电钙钛矿有益的性质[2]。然而，迄今为止，对其作为卤化铅钙钛矿中的阳离子的用途的研究非常有限。在这篇通讯中，我们报告了氮杂环丁烷基铅混合卤化物钙钛矿胶体纳米晶体的合成和表征。混合卤化物体系是碘和氯，不像文献中其他报道的纳米晶体，其中卤化物体系是碘/溴或溴/氯。紫外-可见吸收数据，补充与光致发光光谱，揭示了一个间接的带隙约1.96 eV的纳米晶体。使用TEM的结构表征示出了两个不同的原子间距离（2.98 +/-0.15埃和3.43 +/-0.16埃）和纳米晶体固有的非正交晶格角（约112度），其具有通过XRD揭示的可能的三斜晶系结构。通过EDS光谱法证实了纳米晶体内氯和碘的存在。最后，光诱导电子顺磁共振（LEPR）光谱与PCBM证实了光致电荷转移能力的纳米晶体。使用氮杂环丁烷鎓作为阳离子形成这种半导体铅混合卤化物钙钛矿表明了具有光电应用（例如太阳能电池和光电探测器）潜力的混合钙钛矿的有前景的子类。
2019-05-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Impact of Metal Cation on Chiral Properties of 2D Halide Perovskites
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；University of Twente（特文特大学）
研究探讨了金属阳离子对二维卤化物钙钛矿结构和声子手性的影响，发现Sn对结构手性影响较小，但声子手性显著增强，尤其在平面声学模中，但温度梯度下未产生更大角动量。
2025-11-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Strongly Anharmonic Organic Cation Vibrations in Hybrid Lead Halide Perovskite CH3NH3PbI3 on Electronic Ground State
研究了室温下四方相的无机-有机混合卤化铅钙钛矿CH 3 NH3 PbI $在略低于带隙的中等光激发下的超快振动动力学。时间分辨光克尔效应信号表现出周期性调制，由于在4和8太赫兹的甲基铵分子的振动和扭曲，除了在1.2太赫兹的无机亚晶格变形。这些振荡被严重阻尼，并且它们的频率随着泵浦密度的增加而呈现蓝移，这与传统激光加热的预期相反。我们的从头算晶格动力学模拟揭示了强烈的非谐振动势的带中心光学声子模式，从而证实了非谐性是实验观察到的频率蓝移的起源。
2021-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the role of organic cations in hybrid halide perovskites CH3NH3PbI3
混合卤化物钙钛矿CH $_{3}$ NH $_{3}$ PbI $_{3}$已经使太阳能电池达到约18\%的效率，展示了在太阳能领域中没有先例的改进步伐。尽管取得了这样的爆炸性进展，但这种材料成功背后的微观起源仍然存在争议，有机阳离子在光捕获过程中所起的作用仍然不清楚。在这里范德华校正的密度泛函理论计算表明，有机分子的取向起着决定材料的电子性质的基本作用。例如，如果CH $_{3}$ NH $_{3}$沿着（011）类方向取向，则PbI $_{6}$八面体笼将扭曲，并且带隙将变为间接的。我们的研究结果表明，分子的旋转，随之而来的动态变化的能带结构，可能是在起源的慢载流子复合和CH $_{3}$ NH $_{3}$ PbI $_{3}$优越的转换效率。
2015-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Cation Dynamics in Hybrid Halide Perovskites
混合卤化物钙钛矿半导体表现出复杂的动力学无序，同时也具有理想的光电应用，包括光电子学的性能。然而，这些材料在结构和组成上不同于由四面体配位元素组成的“传统”化合物半导体，其平均价电子数为硅。如这里所讨论的，混合卤化物钙钛矿的额外的动态自由度是其许多潜在的变革性物理性质的基础。这些材料的原子动力学的中子散射和光谱学研究已经产生了重要的见解的功能特性。具体来说，非弹性中子散射已被用来阐明声子能带结构，和准弹性中子散射（QENS）揭示了性质的不相关的动力学有关的分子重新取向。了解这些复杂的半导体动力学阐明了温度依赖的相稳定性和起源的缺陷容忍电子输运从高度极化的介电响应。此外，混合钙钛矿的动态自由度为应用工程和创新提供了额外的机会。
2020-12-09 cond-mat.mtrl-sci
The effect of the A-site cation on the phase transition temperature of metal halide perovskites
Center for Molecular Modeling, Ghent University（根特大学分子建模中心）；Department of Chemistry, KU Leuven（荷鲁芬大学化学系）
本研究提出了一种多步骤热力学积分方法，用于分析A位阳离子对金属卤化物钙钛矿相变温度的影响，通过计算自由能差异揭示相稳定性的主要因素。
2026-02-23 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
The pursuit of stability in halide perovskites: the monovalent cation and the key for surface and bulk self-repair
我们发现，对于每个不同的APbBr 3单晶（A= CH 3 NH3+，甲基铵（MA）; HC（NH 2）2+，甲脒（FA）;和铯，Cs+），在表面或本体处的降解和愈合之间存在显著差异。使用1-和2-光子显微镜和光漂白，我们得出结论，动力学占主导地位的表面，和热力学的体积稳定性。荧光寿命成像显微镜，以及从其他几种方法的结果，涉及（受损）状态的卤化物钙钛矿（HaP）光漂白后，其修改的光学和电子性能。A阳离子类型强烈影响恢复和降解的动力学和热力学：FA以更快的自我修复最好地修复了本体材料; Cs+最好地保护了表面，是A阳离子中挥发性最小的，并且可能通过O-钝化; MA通过与Pb 2+结合的甲胺光解离来钝化缺陷。DFT模拟不仅提供了洞察后一个结论，但也显示了Br 3-缺陷的重要性和稳定性。这些结果使混合A-阳离子材料用于优化太阳能电池稳定性和基于HaP的器件的整体性能的使用合理化，并为设计新的HaP变体提供了基础。
2020-09-30 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
Valence and conduction bands engineering in halide perovskites for solar cell applica- tions
我们进行了从头计算模拟，旨在确定的原子和电子结构的高价和导带的起源，和带隙的可调性卤化物钙钛矿。我们发现两个关键成分是二价阳离子和卤素原子轨道之间的重叠，以及Sn或Pb原子上的导带底（CBM）态的电子电荷。特别是，我们发现，较低的差距与较高的负反键重叠，和较高的CBM电荷的二价阳离子。Sn/Pb上的重叠和CBM电荷都可以通过卤化物、双和单价阳离子的化学性质以及晶体结构的对称性来调节。在此基础上，我们提供了一些实用的规则来调整这类材料的价带最大值，导带最小值和带隙。
2014-12-11 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
Microscopic theory of Raman scattering for the rotational organic cation in metal halide perovskites
迄今为止，在微观上理解金属卤化物钙钛矿（MHP）无机骨架中旋转有机阳离子（ROC）的动力学性质方面存在差距。本文基于ROC的角动量与光子和声子的角动量的交换，发展了MHP中ROC的拉曼散射的微观理论。系统地给出了三个最低转动能级间角动量转移的选择定则。我们发现，由无机框架产生的声子角动量及其具体值可以直接通过斯托克斯（或反斯托克斯）位移来体现。拉曼光谱还可以判断ROC的初始取向及其优先旋转方向。该研究为利用拉曼技术对多体环境中的分子转动进行高精度分辨和操控奠定了理论基础。
2022-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ga+, In+ and Tl+ Impurities in Alkali Halide Crystals: Distortion Trends
本文用计算方法研究了ns 2阳离子（Ga ~+，In ~+和Tl ~+）对碱金属卤化物晶体（AX：A = Na，K; X = Cl，Br）的掺杂。活性团簇的大小增加（从33到177个离子）被认为是为了处理大规模的替代杂质引起的失真。这些簇嵌入在代表周围晶格的精确量子环境中。对于某些选定的杂质系统，分析了畸变结果随活性团簇大小的收敛性。从这项研究中得出的最重要的结论是，沿着（100）和（110）晶体学方向的畸变不是独立的。一旦一个可靠的集群模型被发现，作为杂质，碱金属阳离子和卤素阴离子的函数的失真趋势进行了识别和讨论。这些趋势可能是有用的分析时，在类似的主机晶格的其他阳离子杂质。
2000-08-30 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
A-site Cation Influence on the Conduction Band of Lead Bromide Perovskites
热载流子太阳能电池有望超过Shockley-Queisser极限。缓慢的热载流子冷却是卤化铅钙钛矿最有趣的特性之一，并将这类材料与太阳能电池中使用的竞争材料区分开来。在这里，我们使用高分辨率X射线光谱的元素选择性来揭示导带态中先前隐藏的特征，σ-π能量分离，并发现它受到A-阳离子和溴化铅亚晶格之间的电子耦合强度的强烈影响。我们的发现提供了一种替代机制，通常讨论的极化屏蔽和热声子瓶颈载流子冷却机制。我们的工作强调了A-阳离子的光电作用，提供了A-阳离子在电子和晶体结构中的效应的全面视图，并概述了一种广泛适用的光谱方法，用于评估A-阳离子的化学变化对卤化物和潜在的非卤化物钙钛矿电子结构的影响。
2021-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Steric engineering of point defects in lead halide perovskites
本研究通过第一性原理模拟分析混合A位阳离子钙钛矿MA$_{1-x}$Cs$_x$PbI$_3$，发现阳离子混合使碘间隙空穴捕获速率提升八个数量级，并提出利用空间位阻效应控制载流子捕获速率的新机制，为开发具有目标缺陷性能的晶体材料提供通用方法。
2023-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Weak Host Interactions Induced Thermal Transport Properties of Metal Halide Perovskites Deviating from the Rattling Model
针对金属卤化物钙钛矿反常热输运现象，本文提出新弹簧模型，证明八面体结构间的弱相互作用导致其热输运偏离 rattling 模型，为设计极低热导率材料提供新见解。
2024-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Role of Inorganic Cations in the Excitonic Properties of Lead Halide Perovskites
本研究通过多种理论计算方法探究了不同无机阳离子对APbI₃型碘化铅钙钛矿激子特性的影响，揭示了不同能区激子的束缚特征、来源及与光增益等性能的关联。
2024-01-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electronic properties of Cs-based halide perovskites: An ab-initio study
卤化物钙钛矿材料由于其在太阳能电池、光电子器件和催化等方面的潜在应用而受到广泛关注。最近我们用电子能带结构的第一性原理计算方法研究了立方MABX $_3$化合物[A. Koliogiorgos等人，Comput. Mater. Sci. \textbf{138}，92（2017）]，其中MA代表甲基铵阳离子，B是二价阳离子，X是卤素。我们扩大我们的研究的情况下，Cs的立场，在MA阳离子的地方。我们的研究结果表明，铯基化合物也表现出各种晶格常数和能带隙。计算的平衡晶格常数与实验结果有很大的不同。计算的能隙也显示出这些晶格常数的大偏差。此外，使用更复杂的泛函导致能隙值的冲突变化，其效果是材料依赖性的。我们的研究结果表明，相反的MA卤化物钙钛矿，铯卤化物钙钛矿构成一个更微妙的情况下，还有很长的路要走\textit{ab-initio}计算，以准确地描述其结构和电子性质。
2018-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Mixed Organic Cation in Chiral Two-Dimensional Organic-Inorganic Hybrid Metal Halides: An ab-initio Study of Nonlinear Optical (NLO) Properties
Fujian Institute of Research on the Structure of Matter (FJIRSM), Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院福建物质结构研究所）；Anna University（安娜大学）；Sivas Cumhuriyet University（锡瓦斯恰姆别特大学）；CNR-SPIN（意大利国家研究委员会自旋电子学中心）
本研究通过从头计算分析了手性二维有机-无机混合金属卤化物中混合有机阳离子对非线性光学性质的影响，发现其具有宽带隙、强二次谐波生成响应和中等双折射，可能用于非线性光学材料。
2026-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Paddlewheels Impact the Dynamics of Superionic Conduction in AgI
本研究利用神经网络势能模型高效模拟AgI超离子相，揭示电子桨轮对阳离子扩散动力学的多体效应，为通过电子自由度调控离子传导提供新途径。
2025-04-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Stabilization of interfaces for double-cation halide perovskites with AVA2FAPb2I7 additives
本研究通过引入AVA2FAPb2I7添加剂稳定CsFAPbI3钙钛矿异质结构，抑制热循环相变和界面腐蚀，提升器件稳定性。
2025-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Photoferroelectric and Photopiezoelectric Properties of Organometal Halide Perovskites
压电体在各种应用中起着关键作用。有机卤化物钙钛矿（OMHP）中与分子阳离子相关的永久偶极子可能导致自发极化，从而产生压电性。本文采用密度泛函理论研究了有机金属纳米复合材料的压电性能。我们发现，压电系数敏感地依赖于分子的有序性，并且实验观察到的光增强的压电性是由于非极性到极性的结构转变。通过比较$ABX_3$结构中不同原子取代的OMHP，我们发现$B$ -位阳离子的位移几乎贡献了所有的压电响应，并且OMHP中$A$ - $X$氢键和$B$ - $X$金属卤化物键之间的竞争控制了OMHP的压电性能。这些结果突出了OMHP架构的潜力，用于设计新的功能性光铁电体和压电体。
2015-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Lattice vibrations and dynamic disorder in two-dimensional hybrid lead-halide perovskites
通过非共振拉曼光谱和密度泛函理论计算，我们测量并归属了两种二维碘化铅钙钛矿衍生物的振动光谱.选择这两个样品是为了探测有机阳离子对晶格动力学的影响。一种模板阳离子由苯基取代的铵衍生物组成，而另一种包含直链烷基。我们发现，直接涉及的有机阳离子的模式更普遍的苯基取代的衍生物。的拉曼光谱的温度依赖性的比较揭示了动态无序的性质的差异，具有强烈的依赖于有机部分的分子性质。
2018-12-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
The thermodynamic trends of intrinsic defects in primary halide perovskites: A first-principles study
卤化物钙钛矿中的缺陷在决定所得光电子器件的效率和稳定性方面起着至关重要的作用。在这里，我们提出了一个系统的研究本征点缺陷在六个主要的金属卤化物钙钛矿，MAPbI $_3$，MAPbBr $_3$，MAPbCl $_3$，FAPbI $_3$，CsPbI $_3$和MASnI $_3$，使用密度泛函理论计算与SCAN+ rVV 10功能。我们分析了改变阴离子和阳离子对缺陷形成能和电荷态跃迁水平的影响，并确定了所观察到的趋势的物理根源。碘化铅化合物中的主要缺陷是A $^+$阳离子材料（A = Cs，MA，FA），由I $^-$材料或铅$({2-})$空位进行电荷补偿。在溴化铅和氯化铅化合物中，卤化物空位变得相对更突出，并且对于MAPbBr $_3$，Pb $^{2+}$间隙也变得重要。这种趋势可以用阳离子和阴离子置换后静电相互作用和化学键的变化来解释。MASnI $_3$中的缺陷物理学主要由锡$({2-})$空位主导，并受到锡钙钛矿的容易氧化的促进。实际上，除了MASnI $_3$是强p掺杂的之外，所有化合物都是轻度p掺杂的。由六种钙钛矿中的缺陷产生的所有受主能级都是浅的。一些缺陷，特别是卤化物空位和Pb或Sn杂质，产生深施主陷阱。虽然这些陷阱可能会阻碍MAPbBr $_3$和MAPbCl $_3$的电子行为，但在碘基钙钛矿中，它们的平衡浓度太小而不会影响材料的性质。
2021-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Computational Study of Halide Perovskite-Derived A$_2$BX$_6$ Inorganic Compounds: Chemical Trends in Electronic Structure and Structural Stability
在密度泛函理论（DFT）和混合（HSE06）泛函的框架内，计算研究了钙钛矿衍生的KPDMATHABMM PtCl $_6$原型结构的立方和四元变体的A $_2$ BX $_6$卤化物的电子结构和能量稳定性.对七种已知的A $_2$ BX $_6$化合物进行了HSE06计算，其中A = K、Rb和Cs，B = Sn、Pd、Pt、Te，X = I。确定了带隙和能量稳定性的趋势，进一步采用DFT计算在更大的化学范围内探索，其特征在于A = K，Rb，Cs，B = Si，Ge，Sn，Pb，Ni，Pd，Pt，Se和Te，X = Cl，Br，I。对于在这项工作中研究的系统，带隙增加从碘化物溴氯化物。此外，A位阳离子的变化影响带隙以及优选的四重畸变程度。较小的A位阳离子，如K和Rb，有利于四元结构畸变，导致带隙略大。对于（Ni，Pd，Pt）组和（Se，Te）组中的B位点的变化，带隙随着阳离子尺寸的增加而增加。然而，没有观察到的化学趋势相对于阳离子尺寸的带隙被发现（Si，Sn，Ge，Pb）组。这项工作中的发现提供了指导原则的卤化物A $_2$ BX $_6$化合物的设计潜在的光伏应用。
2017-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Temperature-Dependent Chirality in Halide Perovskites
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；University of Twente（特文特大学）
研究通过二维金属卤化物钙钛矿中的手性有机阳离子诱导手性，发现温度影响手性光学和自旋选择性输运性质，通过分子动力学模拟揭示手性特征随温度变化的机制。
2024-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Using Pressure to Unravel the Structure-Dynamic-Disorder Relationship in Metal Halide Perovskites
本研究通过高静水压实验结合相关文献，揭示金属卤化物钙钛矿中无机亚晶格与阳离子的相互作用机制，明确动态无序下结构稳定性由空间位阻主导，深化了对其结构-动力学关系的理解，为优化相关光电器件性能提供理论支撑。
2023-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Atomic structure of metal-halide perovskites from first principles: The chicken-and-egg paradox of the organic-inorganic interaction
我们用相对论密度泛函理论研究了有机-无机杂化钙钛矿CH_3NH_3PbI_3及其三个近亲CH_3NH_3SnI_3、CH_3NH_3PbCl_3和CsPbI_3。长程范德华力（vdW）相互作用被纳入Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）交换相关功能使用Tkatchenko-Scheffler成对计划。我们的研究结果表明，氢键，这是很好地描述了PBE功能，这些系统的结构参数，包括有机阳离子的位置和取向，以及无机框架的变形起着决定性的作用。无机骨架变形的大小敏感地依赖于有机阳离子的取向，并直接影响杂化钙钛矿的稳定性。我们的研究结果表明，有机和无机组分相互补充：有机阳离子的低对称性是无机骨架变形的起源，这有助于混合钙钛矿结构的整体稳定。这种稳定性是间接影响vdW相互作用，这导致更小的晶胞体积比PBE，因此调制的有机阳离子和无机框架之间的相互作用。VDW引起的晶格常数修正是系统相关的，并导致PBE+VDW晶格常数与实验符合得很好。通过分析vdW的贡献，获得了进一步的见解。在所有基于碘化物的混合钙钛矿中，有机阳离子和碘阴离子之间的相互作用提供最大的晶格常数变化，其次是碘-碘和有机阳离子-重金属阳离子相互作用。这些修正遵循在我们的研究中考虑的范围内的晶格常数几乎线性的依赖关系，因此近似添加剂。
2016-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of Electroluminescence and Photoluminescence Imaging of Mixed-Cation Mixed-Halide Perovskite Solar Cells at Low Temperatures
National Institute of Standards & Technology（美国国家标准与技术研究院）；Department of Physics and Astronomy and Wright Center for Photovoltaics Innovation and Commercialization, The University of Toledo（托莱多大学物理与天文学系及光伏创新与商业化赖特中心）；Department of Electrical and Computer Engineering, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学电气与计算机工程系）；Department of Materials Science and Engineering, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学材料科学与工程系）
本研究通过EL和PL成像比较了混合阳离子混合卤化物钙钛矿太阳能电池在低温下的光电特性，发现界面电荷注入势垒抑制EL并降低填充因子，而钙钛矿层ERE增强，为太空应用提供关键见解。
2025-10-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Unprecedented superionicity of ultra-low barrier in A0.5CoO2 (A=Li, Zn)
该研究利用第一性原理计算预测 O2-LiCoO2 经阳离子交换或脱嵌形成 Zn0.5CoO2/Li0.5CoO2 后具有超低势垒的一维超离子导电性。
2025-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of layered hybrid organic-inorganic metal-halide perovskites: transition metal, organic cation and perovskite phase effects
本研究系统探究过渡金属、有机阳离子和钙钛矿相对层状杂化钙钛矿磁性的影响，发现化学灵活性可用于设计具有定制磁性的新型层状材料。
2024-04-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Electronic and gap properties of Sb and Bi based halide perovskites: An ab-initio study
卤化物钙钛矿由于其在光电子学和太阳能电池中的潜在应用，目前正处于激烈的研究中。其中有几种晶体呈低对称性晶格结构，如三方晶系、六方晶系、正交晶系和单斜晶系。采用\textit{ab-initio}电子结构计算，结合广义梯度近似和杂化泛函，研究了一系列实验上生长的钙钛矿结构，分子式为A $_3$ B $_2$ X $_9$. A代表一价阳离子如Cs、Rb、K或有机甲基铵分子（MA），B是Sb或Bi，X是卤素。此外，我们在我们的研究中包括在卤化物钙钛矿的自旋轨道耦合的效果和MA阳离子的取向无序对这些化合物的能带隙的影响。研究中的大多数化合物在光学范围内或接近光学范围表现出吸收，因此可以在各种光电子器件中找到应用。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。
2017-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Layered structures of organic/inorganic hybrid halide perovskites
有机-无机混合卤化物钙钛矿（其中ABX $_3$钙钛矿的A阳离子被有机阳离子替代）可用于光伏和太阳能热电应用。在这篇文章中，我们系统地研究了三种无铅混合钙钛矿，即，碘化甲基铵锡CH $_3$ NH $_3$ SnI $_3$、碘化铵锡NH $_4$ SnI $_3$和碘化甲酰胺锡HC（NH $_2$）$_2$ SnI $_3$。我们发现，除了通常已知的图案，其中角共享的SnI $_6$八面体形成一个三维网络，这些材料也可能有利于一个二维（分层）的图案，由交替层的SnI $_6$八面体和有机阳离子形成。这两个基序的自由能几乎相等，并且被低势垒分开。这些层状结构的特点是在带边附近有许多平坦的电子带，这使得它们的电子结构明显不同于由SnI $_6$八面体三维网络组成的结构相。此外，由于HC（NH $_2$）$_2$ SnI $_3$的电子结构与CH $_3$ NH $_3$ SnI $_3$的电子结构非常相似，因此碘化甲酰胺锡在碘化甲铵锡中也有应用前景.
2016-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Bond polarizability as a probe of local crystal fields in hybrid lead-halide perovskites
本研究利用有机阳离子极化率对静电环境的敏感性，通过红外光谱测量C/N–H键伸缩模式，探测铅卤钙钛矿中的局域晶体场并估算氢键强度，为理解材料内部电场提供了新途径。
2023-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
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
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
Photoinduced metastable cation disorder in metal halide double perovskites
Yale University（耶鲁大学）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；The University of Toledo（托莱多大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Cornell University（康奈尔大学）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）
研究揭示了双钙钛矿中光诱导阳离子无序现象，通过自陷激子形成延长了瞬态光诱导态寿命，为利用不稳定的相功能特性提供了新途径。
2026-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Disentangling the Effects of Structure and Lone-Pair Electrons in the Lattice Dynamics of Halide Perovskites
本研究通过对比结构相似但无孤对电子的CsSrBr₃与含孤对的CsPbBr₃的晶格动力学，结合实验与计算证明ns²孤对电子构型并非卤化物钙钛矿强非谐性的必要条件，凸显了结构的关键作用并提供设计准则。
2024-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Phase Stability and Transformations in Lead Mixed Halide Perovskites from Machine Learning Force Fields
本研究利用等变消息传递神经网络势进行大规模分子动力学模拟，揭示了A位阳离子与卤化物分布对铅卤钙钛矿相变路径及八面体倾斜模式的多尺度影响，为改善其相稳定性提供了理论依据。
2025-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Redox-Active Halide Materials for Cathode Applications
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本研究通过第一性原理计算，系统分析了Li-M-Cl（M=3d过渡金属）三元化合物的相稳定性和电化学活性，揭示了高离子性导致的高阳离子氧化还原电位和Cl氧化问题，并指出F取代可有效扩展可逆电压窗口。
2026-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Influence of the organic cation disorder on photoconductivity in ethylenediammonium lead iodide, NH3CH2CH2NH3PbI4
本文报道了一种有机无机化合物，碘化铅乙二胺（NH_3CH_2CH_2NH_3PbI_4）的合成和晶体结构。基于同步加速器的单晶X射线衍射实验表明，原始的和热处理的晶体不同的有机阳离子的行为，其特征在于在热处理的晶体中的部分无序。基于电流电压测量，增加的有机阳离子的无序与增强的光电导性。该化合物可能是卤化铅钙钛矿基光电子器件界面工程的潜在候选物。
2021-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Vibrational Control of Hybrid Perovskite Devices Reveals the Influence of the Organic Cation on Electronic Dynamics
本研究利用振动促进电子共振光谱技术，通过甲脒阳离子的分子内振动实现了FAPbBr3钙钛矿太阳能电池的超快振动控制，揭示了阳离子与无机亚晶格间的氢键耦合机制，该机制可抑制非辐射复合并降低光伏电压损失。
2024-04-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Influence of Disorder and Anharmonic Fluctuations on the Dynamical Rashba Effect in Purely Inorganic Lead-Halide Perovskites
用铯掺杂有机金属卤化物钙钛矿可能是稳定高效钙钛矿太阳能电池的最佳解决方案。因此，理解有机分子和无机晶格各自的作用对于优化混合阳离子结构的物理性质至关重要。特别是，重组机制的研究被认为是充分理解其工作原理的关键挑战之一。使用分子动力学和冻结声子，我们的证据亚皮秒非谐波动的完全无机$CsPbI_3$钙钛矿。我们揭示了这些波动的影响，结合自旋轨道耦合，电子能带结构，证明了动态Rashba效应。我们的研究表明，在一定条件下，空间无序可以淬灭Rashba效应。至于时间无序，我们证明了一个动态的Rashba效应，这是类似的发现$MAPbI_3$，这仍然是相当大的，尽管温度紊乱，大型研究超晶胞，和没有有机阳离子的运动。我们发现，与Rashba分裂的自旋织构不能被视为负责的复合率的一致减少，虽然价带和导带之间的自旋失配增加与铁电体畸变引起的Rashba分裂。
2018-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-driven wavefunction localization promotes room-temperature, pure single-photon emission in large organic-inorganic lead-halide quantum dots
研究发现在软性APbBr3胶体量子点中A位阳离子通过非谐晶格振动诱导激子波函数局域化，无需缩小尺寸即可实现室温下高亮度、高稳定性和高纯度的单光子发射，为可扩展量子光源提供新途径。
2024-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Role of the Adsorption of Alkali Cations on Ultrathin $n$-Layers of Two-dimensional Perovskites
本研究通过DFT-D3计算，探究碱金属阳离子对二维钙钛矿超薄膜表面缺陷的钝化作用，为提升光伏材料稳定性提供理论依据。
2024-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamic Nanodomains Dictate Macroscopic Properties in Lead Halide Perovskites
本研究结合多模态实验与机器学习模拟，揭示了卤化物钙钛矿中动态纳米畴决定宏观光电性质的机制，发现A位阳离子选择可调控纳米畴特性，为材料性能工程提供了新策略。
2024-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Synthetic accessibility and sodium ion conductivity of the Na$_{8-x}$A$^{x}$P$_2$O$_9$ (NAP) high-temperature sodium superionic conductor framework
该研究通过高通量计算筛选与实验验证 NAP 框架，揭示 NTP 的结构畸变机制并识别稳定、可合成且高电导的候选钠离子固态电解质。
2025-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Space Charge Layer and Facile Halide Rearrangement Enable Fast Lithium-Ion Transport at Halide Solid Electrolyte Interfaces
Texas Tech University（德克萨斯理工大学）；University of Texas at Dallas（德克萨斯大学达拉斯分校）
该研究通过密度泛函理论、分子动力学与光谱实验，揭示卤化物固态电解质异质界面通过空间电荷层和柔性卤化物框架重排协同增强锂离子传导，为设计超离子异质结构提供原子级原理。
2026-10-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
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
Dimethylammonium additives alter both vertical and lateral composition in halide perovskite semiconductors
向钙钛矿生长溶液中添加大的A位阳离子（例如二甲基铵（DMA））已被证明可以改善卤化物钙钛矿太阳能电池的性能和长期操作稳定性。为了更好地理解这些改进的起源，我们探索了在将DMA以DMA0.1FA0.6Cs0.3Pb（I0.8Br0.2）3的比例添加到钙钛矿生长溶液中之后甲脒（FA）、Cs、Pb、混合卤化物钙钛矿的膜结构、组成和光学性质的变化。使用飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS），我们表明DMA确实被掺入钙钛矿中，在表面具有较高的DMA浓度。使用PL显微镜和基于光诱导力显微镜（PiFM）的纳米红外（nanoIR）的组合，我们证明，将DMA到膜中导致局部带隙的局部异质性增加，和局部甲脒（CH 5 N2+）组合物的集群。此外，使用纳米X-射线衍射，我们表明，DMA掺入也改变了当地的结构组成，通过改变当地的d-间距分布和晶粒尺寸。我们的研究结果表明，在A-网站的有机阳离子的组成变化驱动器的DMA纳入薄膜的情况下观察到的结构异质性。我们的研究结果还表明，虽然目前基于DMA添加剂的方法确实对操作稳定性和器件性能有益，但实现局部成分和结构均匀性的工艺优化可以进一步提高这两种性能，从而为使用DMA添加剂的太阳能电池带来进一步的收益。
2021-10-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Decoupling Coherent and Particle-like Phonon Transport through Bonding Hierarchy in Soft Superionic Crystals
本研究证明超离子晶体X6Re6S8I8通过晶格非谐性降低粒子状热导率，并利用键合异质性导致的声子局域化降低类玻璃热导率，实现室温下超低总热导率，为突破热导率限制提供了新途径。
2025-04-03 cond-mat.mtrl-sci
