Ti-alloying of BaZrS3 chalcogenide perovskite for photovoltaics
BaZrS 3是一种典型的硫属钙钛矿，已被证明具有直接带隙，异常强的近带边光吸收和良好的载流子传输。由于其稳定性好，对地球上丰富的元素无毒，因此它是一种很有前途的薄膜太阳能电池。然而，其报道的1.7- 1.8eV范围内的带隙大于达到单结太阳能电池的Shockley-Queisser极限所需的最佳值。在这里，我们报告的Ba（Zr 1-xTix）S3钙钛矿化合物的合成具有降低的带隙。据发现，钛合金化是非常有效的BaZrS 3的带隙减少：仅4原子%的合金化降低带隙从1.78至1.51 eV，导致在理论上的最大功率转换效率为32%。较高的Ti合金化浓度被发现不稳定的扭曲的硫属钙钛矿相。
2020-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Thin Films of a Chalcogenide Perovskite
硫系钙钛矿材料是一种新型的电子材料，但由于缺乏高质量的外延薄膜，其基本性能和应用受到限制。我们报道了用脉冲激光沉积法外延生长BaZrS 3（一种典型的硫属化物）薄膜。X射线衍射研究表明，薄膜是强烈的织构面外，并有一个明确的面内外延与衬底的关系。电子显微镜的研究证实存在的外延的前几层的膜在界面处，即使远离界面的膜是多晶与大量的扩展的缺陷，这表明有潜力进一步改善生长。X射线反射率和原子力显微镜显示光滑的薄膜表面和衬底与薄膜之间的界面。薄膜在带边附近有很强的光吸收，在可见光区有很强的光致发光。的光电探测器设备显示快速和有效的光响应与最高的开/关比BaZrS 3膜迄今为止报道。我们的研究为实现硫系钙钛矿的外延薄膜、异质结构和超晶格提供了机会，以探测基本物理现象和由此产生的电子和光子器件技术。
2021-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Cation and anion substitutions in hybrid perovskites: solubility limits and phase stabilizing effects
有机或无机（A）金属（M）卤化物（X）钙钛矿（AMX 3）是为开发高效、低成本和多结太阳能转换器件奠定基础的半导体材料。目前，使用含有甲基铵、甲脒、Cs和Rb以及碘、溴和氯作为阴离子的混合组合物获得最佳效率。了解基本性质，如晶体结构及其对带隙的影响，以及它们的相稳定性是必不可少的。在本系统的研究中，X射线衍射和光致发光光谱被应用于评估具有混合成分的混合钙钛矿的结构和光电性能。
2018-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Chalcogenide Perovskites- an Emerging Class of Ionic Semiconductors
本文报道了一类新型的离子半导体材料--无机硫系钙钛矿的合成与表征。采用高温硫化法合成了BaZrS 3、CaZrS 3、SrTiS 3和SrZrS 3等化合物。用XRD和EDX分别表征了它们的晶体结构和组成。紫外-可见光和光致发光测量证实，它们是直接带隙半导体，带隙值与理论预测一致。通过采用阴离子合金化的方法，我们表现出广泛的可调带隙从1.73 eV至2.87 eV。这些强离子半导体为能量收集、固态照明和传感等应用的半导体特性工程提供了新的途径。
2016-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Chalcogenide perovskite BaZrS3 thin-film electronic and optoelectronic devices by low temperature processing
由于其优异的可见光吸收和高化学稳定性，硫属钙钛矿钡锆硫化物在过去几年中作为用于光电子学的混合卤化物钙钛矿的潜在替代物而引起了显著关注。然而，BaZrS 3薄膜在1000 ℃以上的高加工温度严重限制了它们在器件应用中的潜力。在此，我们报告的BaZrS 3薄膜的合成温度低至500 ℃，通过改变化学反应途径。X射线衍射和拉曼光谱证实了BaZrS 3薄膜为单相结构。原子力显微镜和扫描电子显微镜表明，晶体尺寸和表面粗糙度一致降低退火温度。较低的温度进一步消除了与高温处理相关的硫空位和碳污染。在较低温度下合成硫属化物钙钛矿薄膜的能力消除了其器件制造的主要障碍。光电探测器表现出快速响应和80的开/关比。所制造的场效应晶体管显示出双极行为，电子和空穴迁移率分别为16.8 cm 2/Vs和2.6 cm 2/Vs。
2021-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Origins of chalcogenide perovskite instability
本研究利用密度泛函理论评估81种ABS3硫族钙钛矿的稳定性，揭示多晶型与凸包不稳定性的化学键及诱导效应起源。
2025-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Orbital-Energy Splitting in Anion Ordered Ruddlesden-Popper Halide Perovskites for Tunable Optoelectronic Applications
能带边缘的电子轨道特性对钙钛矿光伏材料的电学、光学和缺陷性质起着重要的决定作用。建立基础原子轨道和光电性质之间的关系作为最大化光伏性能的指导是非常期望的。在这里，使用第一性原理计算并以阴离子有序Ruddlesden-Popper（RP）相卤化物钙钛矿Cs $_{n+1}$ Ge $_n$ I $_{n+1}$ Cl $_{2n}$为例，我们演示了如何合理地优化光电性能（例如，带隙、跃迁偶极矩阵元、载流子有效质量、带宽）。结果表明，降低B位原子p轨道的分裂能$|Δc|$可以有效地降低带隙和载流子有效质量，同时大大提高可见光区的光吸收。因此，通过双轴压缩应变很好地建立了与$Δc$的轨道-性质关系。最后，它表明，这种方法可以合理地扩展到其他几个非立方卤化物钙钛矿在导带边缘具有类似的p轨道特性。因此，我们相信我们提出的轨道工程方法为理解和优化层状钙钛矿太阳能电池的器件性能提供了原子级指导。
2020-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Polarization in Antiferroelectric Chalcogenide Perovskite BaZrS3 Thin Film
块状硫族化合物钙钛矿BaZrS 3（BZS）在可见光区具有直接带隙，是一种重要的光伏材料，但由于其反铁电（AF）性质而具有有限的适用性。目前，铁电（FE）钙钛矿基光致发光材料因其环境稳定性和更好的能量转换效率而引起了极大的关注，这是由于反转对称中心的丢失而导致的。利用变温拉曼光谱和第一性原理计算研究了化学气相沉积（CVD）法生长的BZS薄膜的反铁电-铁电（AF-FE）相。Fe相的起源是由A7 g ~ 300 cm-1和B1 g ~ 5 ~ 420 cm-1模的反常行为确定的，这涉及ZrS 6八面体顶位原子的振动。此外，低于60 K，B1 g1和B2 g2（~ 85 cm-1）模式出现，而B12 g（~ 60 cm-1）消失，以稳定Pnma结构对铁电性的局部扭曲。这里，B2 g2和B1 g2涉及Ba原子以AF方式的振动，而B1 g1还涉及八面体的旋转。我们的第一性原理计算证实了铁的出现是由于氧杂质局部地存在于硫原子的顶点位置，导致ZrS 6八面体中的反转对称中心丢失的结果。
2020-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Enhancing carrier transfer properties of Na-rich anti-perovskites, Na4OM2 with tetrahedral anion groups: an evaluation through first-principles computational analysis
该研究基于第一性原理评估四面体阴离子基团对富钠反钙钛矿固态电解质载流子迁移的影响，发现 Na4O(BH4)2 兼具稳定性且电导率较 Na4OBr2 提升两个数量级。
2023-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Optimizing Lead-Free Chalcogenide Perovskites for High-Efficiency Photovoltaics via Alloying Strategies
本研究通过在CaHfS$_{3}$中引入Ti和Se的靶向取代，结合前沿计算技术，显著改善了无铅硫族钙钛矿的光电性能，使富Ti硒基钙钛矿效率达28.06%，超越传统铅基卤化物钙钛矿。
2025-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Crystal growth and structural analysis of perovskite chalcogenide BaZrS$_3$ and Ruddlesden-Popper phase Ba$_3$Zr$_2$S$_7$
过氧化物硫族化合物作为一类新兴的光电子半导体材料正引起人们的极大兴趣。高质量的样品对于检查其固有的物理性质至关重要。本文报道用助熔剂法成功地生长了BaZrS $_3$及其Ruddlesden-Popper相Ba $_3$ Zr $_2$ S $_7$。X射线衍射分析表明，$Pnma$的空间群为：$a$ = 7.056（3）Ω/，$b$ = 9.962（4）Ω/，$c$ = 6.996（3）Ω/; $_3$和$P4_2/mnm$的空间群为：$a$ = 7.071（2）Ω/，$b$ = 7.071（2）Ω/，对于Ba $_3$ Zr $_2$ S $_7$，$c$ = 25.418（5）Ω/cm。观察到BaZrS $_3$和Ba $_3$ Zr $_2$ S $_7$的半高宽为0.011 $^\circ$和0.027 $^\circ$的摇摆曲线。极图分析，扫描透射电子显微镜图像和电子衍射图案也建立了高质量的生长晶体。通过提取扭转角，分析了共角八面体网络中八面体的倾斜。
2019-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Precise phase control of large-scale inorganic perovskites via vapor-phase anion-exchange strategy
阴离子交换在相位控制、组成工程和光电性质调节方面提供了极大的灵活性和高精度。与以往成功的液相阴离子交换工艺不同，本文采用气相阴离子交换技术，通过气体注入循环实现了对大尺寸无机钙钛矿相和带隙的精确控制，制备出了CsPbCl 3等未见报道的薄膜形貌的钙钛矿。从头计算也提供了深刻的机制，以了解阴离子交换对调节电子性质和优化结构稳定性的影响。此外，由于特定的原子浓度的精确控制，有趣的可调谐的光致发光观察和光响应边缘从绿色到紫外光的可调谐的光电探测器可以实现精确的光谱分辨率为1 nm。因此，我们提供了一种新的，通用的气相阴离子交换方法的无机钙钛矿具有微调的光电性能。
2020-09-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Rare-earth chalcogenide perovskites: A promising class of materials for optoelectronic applications
Shiv Nadar Institution of Eminence（希夫纳德卓越学院）
该研究采用第一性原理方法探究稀土硫族钙钛矿ABX₃的结构、光电子、激子及极化子特性，发现其兼具多种优异性能，有望用于下一代光电子器件。
2026-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Assessing carrier mobility, dopability, and defect tolerance in the chalcogenide perovskite BaZrS$_3$
本文通过第一性原理计算评估 BaZrS$_3$ 的载流子输运与缺陷性质，揭示其电子迁移率与卤化物钙钛矿相当、本征 n 型且难以 p 型掺杂，并指出抑制硫间隙原子形成是延长载流子寿命的关键。
2024-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Long- and Short-Range Anion Order in SrTiO$_{3-x}$H$_x$ Perovskite Oxyhydrides: DFT+$U$ Sensitivity and HSE06 Cluster Expansion
Northwestern University（西北大学）
研究钙钛矿氢氧化物SrTiO$_{3 - x}$H$_x$中阴离子有序，开发含HSE06能量学的CE框架。发现计算能量对DFT + $U$敏感，确定代理值，支持O$_4$H$_2$顺式构型偏好，解决了相关敏感性及阴离子有序未充分探索问题。
2026-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Band-Gap Control via Structural and Chemical Tuning of Transition Metal Perovskite Chalcogenides
过渡金属钙钛矿硫族化合物（TMPC）是一类新型的半导体材料，由于其化学和结构的灵活性，具有广泛的物理性质的可调谐性。理论计算表明，TMPC的带隙在远红外到紫外波段是可调的。在这些材料中，有不少材料具有能隙和非常高的吸收系数，适合光电应用，特别是太阳能转换。尽管有几个有前途的理论预测，目前很少有实验研究的物理性质，特别是光学性能。我们报告了一种新的合成路线，对高品质的块体陶瓷TMPC和系统的研究，三个阶段，SrZrS3在两个不同的室温稳定相和BaZrS3之一。所有这三种材料都是在密封安瓿中用催化固态反应工艺合成的。结构和化学表征确立了高质量的样品，这是由强烈的室温光致发光（PL）光谱证实，直接带隙分别约为1.53eV，2.13eV和1.81eV。通过测量光致发光量子效率和估算准费米能级分裂，评价了这些材料用于太阳能转换的潜力。
2018-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Linear Dichroism Conversion in Quasi One-Dimensional Perovskite Chalcogenide
具有线性二向色性的各向异性光子材料在许多传感、成像和通信应用中是至关重要的部件。这类材料在光子器件和光子电路中起着偏振片、滤光片和波片的重要作用。具有光学各向异性的传统晶体材料通常在较宽的波长范围内显示出单向线性二向色性。在晶体材料中没有观察到线性二向色性转换现象。在这里，我们报告的调查独特的线性二色性转换现象，在准一维（准1D）六方钙钛矿硫族化合物BaTiS3。该材料在可见光范围内显示出创纪录的光学各向异性。与传统的各向异性光学材料相比，BaTiS3中的线性二色性极性在对应于1.78 eV光子能量的光波长处产生正交变化。第一性原理计算表明，这种反常的线性二向色性转换行为源于BaTiS3材料中平行带的光学跃迁的不同选择规则。波长相关偏振拉曼光谱进一步证实了这一现象。这种具有线性二向色性转换特性的材料可以促进控制和感测光的能量和偏振的新能力，并导致新颖的光子器件，例如用于多光谱成像、感测和光通信应用的偏振波长选择性检测器和激光器。
2019-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Mid-wave and Long-wave IR Linear Dichroism in a Hexagonal Perovskite Chalcogenide
中波红外（IR）和长波红外光谱范围在各种应用中，如热成像，基于热成像的遥感和夜视越来越感兴趣。广泛用于红外探测器的材料包括碲化镉汞合金和化合物半导体纳米结构。红外光学材料的开发将降低红外光学系统的成本，并实现更大规模的部署。在这里，我们报告了一种中波红外响应材料组成的地球丰富和无毒的元素，Sr 1 + xTiS 3。它具有类似于六方钙钛矿的高度各向异性准一维结构。我们生长了大的，高质量的单晶体，并研究了其各向异性光学性质。我们观察到两个不同的光吸收边在~2.5 μ m和~5 μ m，分别为沿两个主轴的线偏振。该材料表现出强烈的宽带线性二向色性，跨越中波红外和长波红外，二向色性比高达22。
2018-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Electronic mobility, doping, and defects in epitaxial $\mathrm{BaZrS_3}$ chalcogenide perovskite thin films
本文研究了外延BaZrS₃薄膜的电子输运性质，发现硫空位浅施主在空气中转化为中性氧缺陷导致性质变化，并提出了稳定电子性质的策略。
2025-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational properties differ between halide and chalcogenide perovskite semiconductors, and it matters for optoelectronic performance
本研究对比硫族化物BZS与卤化物CPB两种钙钛矿半导体的振动与光电特性，发现二者非辐射复合速率、声子特性等差异显著，为理解两类钙钛矿性能差异及材料优化提供依据。
2024-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the defect landscape and dopability of chalcogenide perovskite BaZrS3
本文通过第一性原理计算系统研究了 BaZrS3 的本征缺陷和掺杂剂，揭示其本征 n 型导电及难以实现 p 型掺杂的原因，并构建缺陷数据集以支持机器学习预测与筛选。
2025-04-07 cond-mat.mtrl-sci
From anti-perovskite to double anti-perovskite: lattice chemistry basis for super-fast transportation of Li+ ions in cubic solid lithium halogen-chalcogenides
使用材料基因组方法的基础上的密度泛函理论，我们制定了一类新的无机电解质的快速扩散的Li+离子，通过微调的晶格化学的反钙钛矿结构。已经进行了系统的建模，以通过在硫属元素晶格位置（A）上合金化和卤素位置（X）的交替占据来阐述基于Li3AX的立方反钙钛矿中的结构稳定性和离子传输特性。除了通过适当指定晶格占有率来确定减少反钙钛矿相中Li+离子扩散势垒的有效方法外，目前的理论研究还发现并合成了具有双反钙钛矿结构的新相Li6OSI2（或Li3O0.5S0.5I）。这种新化合物对Li+扩散具有相当低的激活势垒，同时具有宽的能带隙以阻碍电子的传导。
2017-07-18 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Understanding the growth mechanism of BaZrS$_3$ chalcogenide perovskite thin films from sulfurized oxide precursors
钡锆硫化物（BaZrS 3）是一种地球资源丰富且环境友好的硫属钙钛矿，具有用于各种能量转换应用的有前途的特性。最近，氧化物前体的硫化已被认为是有效合成的可行解决方案，特别是从规避处理碱土金属的困难的角度来看。在这项工作中，我们详细探索了从Ba-Zr-O氧化物前体膜在700 °C至1000 °C的温度范围内硫化合成BaZrS 3。我们提出了一种基于两步反应的BaZrS 3的形成机制，该反应涉及BaZrO 3晶相的中间非晶化步骤。我们展示了硫（S）物种在膜中的扩散是该反应的限速步骤。在用作反应物的含硫H2S气体的恒定流速下，处理温度在确定从氧化物相到硫化物相的转化的总分数中起关键作用。最后，我们观察到形成的化学计量比BaZrS 3（1：1：3），即使在富Zr的前体条件下，与形成的ZrO 2作为第二相。这标志着BaZrS 3在其他类型的硫属化物中是非常独特的，例如黄铜矿和锡碲矿，它们可以容纳相当大范围的非化学计量组成。这项工作为进一步优化BaZrS 3合成工艺开辟了一条途径，为该材料的未来应用铺平了道路。
2022-12-13 cond-mat.mtrl-sci
High temperature equilibrium of 3D and 2D chalcogenide perovskites
本研究发现高温下三维与二维硫族化物钙钛矿吉布斯自由能相近易形成混合相，通过多表征结合理论计算证实固相合成制备相纯样品存在热力学限制，强调多技术联用解析组分的必要性。
2023-05-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Strain-induced anion ordering in perovskite oxyfluoride films
阴离子有序化是一种很有前途的方法来设计功能性杂阴离子材料的物理性质。研究阴离子有序化合物的一个核心挑战在于开发强大的合成策略来控制阴离子的占用，并了解由此产生的电子结构的影响。在这里，我们表明，外延应变诱导的钙钛矿氟氧化物SrMnO 2.5-dFg薄膜生长在不同的衬底上的阴离子位点上的F和O的优先占领。在压缩应变下，F倾向于占据类顶点位置，这一点通过F和O K边线偏振X射线吸收光谱和密度泛函理论计算揭示，导致c轴膨胀增强.在拉伸应变下，F倾向于采取赤道状网站，使更长的Mn-F键位于平面内。阴离子有序氟氧化物薄膜表现出显着的3d电子的轨道极化，不同的F-网站依赖于他们的价带态密度，和增强的电阻率时，F占据的顶点状阴离子网站相比，赤道状网站。通过展示在氟氧化物钙钛矿中诱导阴离子位点有序的一般策略，这项工作为未来的材料设计和合成工作奠定了基础，这些工作利用这种更大程度的原子控制来实现新的极性或准二维材料。
2020-12-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermal Stability Study of Transition Metal Perovskite Sulfides
过渡金属钙钛矿硫族化合物是一类功能性丰富的材料，作为可再生能源应用的候选材料越来越受到关注。过氧化氢氧化物被认为是优良的n型热电材料。与氧化物相比，硫属化合物具有更好的热电性能，如更低的晶格热导率和更小的带隙，使它们成为高温热电材料的候选者。因此，有必要详细研究这些材料的热性能，特别是热稳定性，以评估其潜力。本文报道了五种化合物α-SrZrS $_3$，β-SrZrS $_3$，BaZrS $_3$，Ba $_2$ ZrS $_4$，Ba $_3$ Zr $_2$ S $_7$的合成及热稳定性研究。这些材料涵盖了几种结构类型，包括扭曲的钙钛矿，针状和Ruddlesden-Popper相。差示扫描量热仪和热重分析测量在高达1200°C的空气中进行。结构和化学表征，如X-射线衍射，拉曼光谱，和能量色散分析X-射线光谱进行所有的样品之前和之后的热处理，以了解氧化过程。我们的研究表明，钙钛矿硫族化合物在空气中具有优异的热稳定性，至少高达600°C。
2018-07-09 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
Fabrication of BaZrS3 chalcogenide perovskite thin films for optoelectronics
BaZrS 3是一种典型的硫属钙钛矿，是一类新兴的非常规半导体。最近对粉末样品的研究结果表明，它是一种直接带隙为1.7-1.8 eV的材料，具有非常强的光-物质相互作用和高化学稳定性。然而，许多基本性质是未知的，阻碍了将BaZrS 3应用于光电子学的能力。在这里，我们报告的BaZrS 3薄膜的制备，通过硫化的氧化物膜沉积的脉冲激光沉积。我们发现这些薄膜是n型的，载流子密度在10^19-10^20 cm^-3之间。根据处理温度的不同，霍尔迁移率的范围为2.1至13.7 cm ^2/Vs。在光子能量> 1.97 eV时，吸收系数> 10^5 cm-1。温度依赖的电导率测量表明浅施主能级。这些结果保证BaZrS 3是一个有前途的候选人，如光电探测器，光电子器件，发光二极管。
2019-11-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
A new semiconducting perovskite alloy system made possible by gas-source molecular beam epitaxy
光电子技术基于半导体合金族。很少有新的半导体合金家族发展到可以外延生长的程度;自20世纪50年代以来，这种情况大约每十年发生一次。在这里，我们展示了外延薄膜生长的半导体硫属钙钛矿合金在Ba-Zr-S-Se系统的气体源分子束外延（MBE）。我们稳定整个范围y = 0.通过在BaZrS $_3$外延模板上生长，在钙钛矿结构中的组合物BaZrS $_{(3-y)}$ Se $_y$，直到并包括BaZrSe $_3$。所得的薄膜是环境稳定的，直接带隙（$E_g$）随Se含量变化很大，如理论预测的那样，覆盖范围$E_g$ = 1.9. 1.4对于$y$ = 0. 3.这为使用硫属钙钛矿的可见光和近红外（VIS-NIR）光电子学、固态照明和太阳能电池创造了可能性。
2022-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Unlocking the Optoelectronic Potential of AGeX$_{3}$ (A = Ca, Sr, Ba; X = S, Se): A Sustainable Alternative in Chalcogenide Perovskites
本文采用 DFT、DFPT、GW 与 BSE 系统研究 AGeX$_{3}$ 锗基硫族化物钙钛矿，证实其稳定、带隙可调、激子易解离且载流子迁移率高。
2025-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Post-Transition Metal Sn-Based Chalcogenide Perovskites: A Promising Lead-Free and Transition Metal Alternative for Stable, High-Performance Photovoltaics
本研究通过DFT、DFPT及GW/BSE方法，系统研究了Sn基硫属钙钛矿ASnX3，发现其具有低带隙、高载流子迁移率和24.2%-31.2%的光谱限制效率，是稳定无铅光伏的有前景替代材料。
2025-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Ultralow lattice thermal transport and considerable wave-like phonon tunneling in chalcogenide perovskite BaZrS$_3$
本研究探究硫族化物钙钛矿BaZrS₃的热输运特性，揭示其300K下超低晶格热导率的成因，证实类波声子隧穿的相干贡献，且通过Se替换与Ti合金化将其500K下ZT值从0.58提升至0.91，为热电材料开发提供新候选。
2023-10-20 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Charge Transport and Defects in Sulfur-Deficient Chalcogenide Perovskite BaZrS$_3$
本研究通过真空退火在贫硫环境中诱导硫空位，使BaZrS$_3$从绝缘体转变为n型半导体，并揭示了缺陷主导的电荷输运机制，为其在太阳能电池中的应用提供了关键见解。
2024-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Controlling Switching Evolution in Lead-Free Perovskite-Inspired Chalcogenide Memristors for Neuromorphic Computing
本研究报道了基于AgBiS2的无铅忆阻器，具有超低开关电压和高开关比，通过工程调控实现数字与模拟开关模式，并揭示细丝演化机制，为神经形态计算提供可持续器件设计原则。
2026-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Mixed-anion mixed-cation perovskite (FAPbI$_3$)$_{0.875}$(MAPbBr$_3$)$_{0.125}$: an ab-initio molecular dynamics study
具有（FAPbI $_3$）$_{1-x}$（MAPbBr $_3$）$_x$组成的混合阴离子混合阳离子钙钛矿已经允许在光伏太阳能电池中记录效率，但是它们的原子尺度行为尚未被很好地理解，部分原因是它们的理论建模需要考虑复杂且相互关联的动态和无序效应。本文采用从头计算分子动力学方法研究了（FAPbI $_3$）$_{0.875}$（MAPbBr $_3$）$_{0.125}$钙钛矿的结构、热力学和电子性质.提出了一种特殊的准随机结构来模拟分子阳离子和卤素阴离子的无序，其化学计量接近于当今最有效的钙钛矿太阳能电池之一。我们表明，旋转的有机阳离子是更强烈地阻碍在混合结构中相比，纯化合物。我们的分析表明，这种混合钙钛矿是结晶稳定的相分离，尽管吸热混合焓，由于大的构型熵。电子性质的混合密度泛函计算，包括自旋轨道耦合在精心挑选的代表性配置提取的分子动力学。我们的模型，在这里验证实验信息，提供了一个更复杂的理解动态和无序效应之间的相互作用，在这个重要的家庭的光伏材料。
2021-12-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Octahedral tilt-driven phase transitions in BaZrS$_3$ chalcogenide perovskite
本文利用机器学习原子间势研究BaZrS$_3$的温度-压力相变，揭示正交→四方→立方的相变序列及温度，并预测了X射线衍射图谱。
2025-02-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Photo-induced Macro/Mesoscopic Scale Ion Segregation in Mixed-Halide Perovskites: Ring Structure and Ionic Plasma Oscillations
与通常认为的混合卤化物合金中光致卤素离子偏析发生在被照射区域内的观点相反，我们发现由光释放的Br离子扩散离开该区域，这在阴离子缺乏和过剩区域之间产生了平衡库仑力，共同导致围绕中心的宏观/介观尺寸的阴离子环，显示出光致发光环。在移除照明时，移位的阴离子返回到照明区域，并且回复力导致阻尼的超低频振荡离子运动，这可能是第一次观察到固体中的离子等离子体振荡。
2021-11-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Numerical exploration on unveiling the photovoltaic potential of MgXS3(X = Ti, Zr, Hf) chalcogenide perovskites
University of Rajshahi（拉杰沙希大学）；First Capital University of Bangladesh（孟加拉第一首都大学）
研究无铅硫族钙钛矿MgXS3（X = Ti、Zr、Hf）在太阳能电池中的光伏潜力，通过3D有限元模拟分析其器件性能，研究多种因素影响，给出优化条件下不同成分器件的性能数据，证实其为有前景的无铅吸收材料并提供设计指导。
2026-07-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
High Open Circuit voltage solar cells based on bright mixed halide CsPbBrI2 perovskite nanocrystals synthesized under ambient air conditions
卤化铅钙钛矿纳米晶体（NC）目前正在成为最令人感兴趣的溶液处理半导体之一，因为它们具有高光致发光量子产率（PLQY），以及通过阴离子交换反应或量子限制的颜色可调谐性。在这里，我们显示了高效的太阳能电池的基础上混合卤化物（CsPbBrI 2）NC通过在环境条件下的阴离子交换反应。我们进行了阴离子交换反应，在浓NC溶液中与I-，从而诱导PL红移高达676 nm，并获得高PLQY的膜（65%）。在空气中用两种不同的沉积方法制造在350-660 nm波长范围内工作的太阳能电池器件。太阳能电池显示出5.3%的光转换效率和高达1.31V的开路电压（Voc），这是所报道的带隙低于2 eV的基于钙钛矿的太阳能电池的最高值之一，清楚地表明了这种材料的潜力。
2019-01-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Quasi-epitaxial growth of BaTiS$_3$ films
过氧化物硫族化合物是一种新型的半导体材料，在可见-红外波段具有可调的带隙。高质量的薄膜是理解这些材料的基本性质和实现基于这些材料的潜在应用的关键。本文报道了用脉冲激光沉积法生长准一维六角硫族化合物BaTiS $_3$的准外延薄膜。我们确定了最佳的生长条件，通过改变生长参数，如衬底温度和H2S分压，并研究其对薄膜结构的影响。高分辨率的薄膜X射线衍射显示出在面外方向上的强织构，而没有观察到膜和衬底之间的面内关系的证据。掠入射广角X射线散射和扫描透射电子显微镜的研究揭示了存在弱外延的薄膜和衬底的关系，尽管有缺陷的界面。我们的研究为实现准一维六方晶系硫族化合物薄膜及其与钙钛矿硫族化合物的异质结构开辟了一条途径。
2022-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Absolute energy level positions in tin and lead based halide perovskites
金属卤化物钙钛矿是未来光电应用的有前途的材料。一个有趣的性质，对许多应用很重要，是通过成分工程的带隙的可调谐性。虽然关于吸收或光致发光的变化的实验报告显示出对于各种各样的化合物相当好的一致性，但是这些变化的物理起源，即价带和导带位置的变化，没有很好地表征。这些能带位置的知识对于优化光电子器件中与电荷提取层的能级对准是重要的。在这里，我们使用光电子能谱学数据，通过第一性原理计算的支持，确定电离能和电子亲和势值的所有主要锡和铅基钙钛矿。通过对化学键的分析，我们表征了关键的能级，并通过紧束缚分析阐明了它们的变化趋势。我们证明了钙钛矿的能级变化主要由金属阳离子和卤素阴离子的原子能级的相对位置决定。钙钛矿能级的二次变化由阳离子-阴离子相互作用强度引起，其取决于钙钛矿晶格的体积和结构畸变。这些结果标志着朝着理解这类材料的电子结构迈出了重要的一步，并为钙钛矿光电子学中的能量学的合理设计规则提供了基础。
2019-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Alloying behavior of wide band gap alkaline-earth chalcogenides
合金化是调整材料的一种强大工具，有助于针对各种应用设计所需的性能。在这项工作中，我们提供了一个全面的调查合成的可及性和电子性质的碱土硫属阴离子合金（CaS $_{1-x}$ O $_x$、CaS $_{1-x}$ Se $_x$、CaS $_{1-x}$ Te $_x$、SrS $_{1-x}$ O $_x$、SrS $_{1-x}$ Se $_x$、SrS $_{1-x}$ Te $_x$、MgS $_{1- x}$ O $_x$、MgS $_{1-x}$ Se $_x$和MgS $_{1-x}$ Te $_x$）。我们发现，在岩盐结构内的同构合金化是有利于所有系统，除了MgS $_{1-x}$ Te $_x$，这是预测的岩盐和纤锌矿结构之间的异质合金。S和Se的合金被证明是容易获得的所有阳离子与低的可溶解性临界温度，使连续调谐的电子性能在整个组合物空间。S和Te的合金具有更高的临界温度，但可以通过非平衡合成策略获得，并且在此预测具有用于光电子学的期望的电子性质，其具有比S和Se的合金更宽的带隙和更低的有效质量。MgS $_{1-x}$ Te $_x$中的阴离子合金化使纤锌矿结构在组成空间的显著部分上稳定，这可以使其作为透明导电材料特别感兴趣，因为其比岩盐结构更低的有效质量和更高的带隙。零点校正的无规相近似（RPA）的能量进行计算，以解决小的多晶型物的Mg化合物的能量差，并被证明…
2020-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Structure of Self-Buffered BaZr(S,Se)$_3$ Epitaxial Thin Film Interfaces
本文利用像差校正扫描透射电子显微镜解析了LaAlO$_3$上BaZr(S,Se)$_3$薄膜界面，发现自组装类岩盐缓冲层可适应近40%的晶格失配并促使薄膜转为钙钛矿结构，为异质外延生长提供了新见解。
2024-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Manifestation of the thermoelectric properties in Ge-based halide perovskites
尽管硫族化合物作为传统的热电材料已经得到了广泛的研究，但寻找一种具有高电导率和低热导率的合适材料仍然是一个挑战。在这项工作中，我们介绍了一类新的热电材料，锗基无机卤化物钙钛矿\ce{CsGeX3}（X = I，Br，Cl），这已经被认为是一个有前途的候选人的光伏应用。通过晶格动力学计算和Boltzmann输运方程的求解，我们发现这些钙钛矿具有低于0.18 W m $^{-1}$ K $^{-1}$的超低热导率，而具有高于860 cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$的非常高的载流子迁移率，这远远优于传统的硫属化合物的热电性。这些结果为寻找高性能、低成本的无机卤化物钙钛矿基热电材料指明了方向。
2020-05-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Band gap evolution in Ruddlesden-Popper phases
我们研究了模型硫属化物、氧化物和卤化物材料中Ruddlesden-Popper（RP）系列（An+1BnX 3 n +1）的带隙变化，以了解影响带隙演变的因素。与氧化物和卤化物相比，我们发现硫属化物的带隙随这些天然超晶格中钙钛矿块的厚度而不同地演变。我们发现，八面体旋转（即偏离B-X-B键角从180）和量子限制效应竞争决定RP相的带隙演化。这里获得的见解将使我们能够合理地设计用于电子和光电子的层状钙钛矿相。
2019-05-07 cond-mat.mtrl-sci
A hybrid pulsed laser deposition approach to grow thin films of chalcogenides
提出混合脉冲激光沉积方法，利用有机硫前驱体解决蒸气压不匹配问题，成功生长多种高质量硫属化物薄膜并改善结晶度与粗糙度，为硫化物薄膜技术应用开辟新机会。
2023-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Anion Ordering and Phase Stability Govern Optical Band Gaps in BaZr(S,Se)3
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Northumbria University（诺森比亚大学）；University College London（伦敦大学学院）
研究通过分子动力学与蒙特卡罗模拟揭示BaZr(S,Se)3中阴离子有序对光学带隙的调控作用，发现阴离子有序和相稳定性共同影响带隙宽度。
2026-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Towards an efficient perovskite visible-light active photocatalyst
SrTiO $_{3}$的禁带宽度限制了其光催化应用。无论阴离子掺杂的SrTiO $_{3}$的带隙是否变窄，阴离子掺杂结构都具有低的光转换效率。共阳离子掺杂可以改变SrTiO $_{3}$的带隙和带边位置，使其光催化性能扩展到更长的可见光。采用Heyd-Scuseria-Ernzerhof（HSE 06）杂化泛函交换关联密度泛函方法，研究了SrTiO $_{3}$的晶体结构、电子结构和光学性质.探索了（Mo，Zn/Cd）和（Ta，Ga/In）共掺杂SrTiO $_{3}$保持后者半导体特性的方法。结果表明，由于SrTiO $_3$的禁带宽度较大，（Ta，Ga/In）共掺杂并不能提高其光催化活性。此外，（Mo，Cd）单掺杂的导带边缘的位置阻碍了光催化效率。结果表明，（Mo，Zn）共掺杂SrTiO $_3$可有效提高光催化活性。
2015-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Ordering and New Polymorph of Layered Perovskite Oxyhydrides: Sr2VO4-xHx
采用高压固相反应法合成了无阴离子空位的组成可调的钒氧化合物Sr 2 VO 4-xHx（x = 0 ~ 1）。通过粉末中子衍射、同步辐射X射线衍射、热脱附光谱和第一性原理密度泛函理论（DFT）计算表征了其晶体结构和性质。氢阴离子通过在低x区域（x < 0.2）的氢的统计替代选择性地替代VO 6层中的赤道氧位置。一种新的正交相（Imm），具有几乎完全氢有序的结构，由x > 0.7的K2 NiF 4型四方相形成。基于DFT计算，氧/氢阴离子的有序程度与钒和配体之间的成键相互作用密切相关。
2014-05-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.chem-ph
Wide band gap chalcogenide semiconductors
宽带隙半导体由于其高光学透明度以及可控的载流子浓度和电导率而对于当今的电子器件和能源应用至关重要。有许多种类的材料可以被定义为宽带隙半导体。研究最深入的是透明导电氧化物（TCO），如用于显示器的ITO和IGZO，用于电力电子的碳化物和氮化物，以及用于各种光电子器件的新兴卤化物（如CuI）和2D电子材料。基于硫族元素（S、Se、Te）的宽带隙半导体研究较少，但由于其p型掺杂、高迁移率、高价带位置（即低电离势）的倾向以及在诸如CdTe太阳能电池的电子器件中的广泛应用而脱颖而出。本文综述了宽带隙硫系半导体材料的研究进展。首先，我们概述了高性能透明导体的一般材料设计参数。我们继续总结宽带隙（Eg > 2 eV）硫属化物材料，如II-VI MCh二元化合物，CuMCh 2黄铜矿，Cu 3 MCh 4硫化矿，混合阴离子层状CuMCh（O，F），和2D材料等的进展，并讨论在这个家庭中潜在的新候选人的计算预测，突出他们的光学和电学性能。最后，我们审查的应用硫属化物宽带隙半导体，例如光伏和光电化学太阳能电池，透明晶体管，二极管，采用宽带隙硫属化物作为有源或无源层。通过检查、分类和讨论宽带隙硫属化合物的未来方向，本文旨在激发对这一类新兴透明导体的持续研究，并实现光电子器件的未来创新。
2020-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Anion order and spontaneous polarization in LaTiO\textsubscript{2}N oxynitride thin films
钙钛矿型氧氮化物LaTiO \textsubscript{2} N是一种很有前途的可见光光催化分解水的材料。实现这种材料和类似材料的更高效率的障碍之一源于电荷载流子复合，其可以被极性材料中的内置电场抑制。在本研究中，我们利用密度泛函理论研究了外延应变LaTiO \textsubscript{2} N薄膜的自发极化。研究了外延应变对负离子有序度、面外极化、极化反转能垒和相应矫顽场的影响。我们发现，当压应变大于4%时，晶体中稳定的阴离子有序沿面外方向是极性的，并且具有与其它可开关铁电体相当的矫顽场.我们的结果表明，应变LaTiO \textsubscript{2} N确实可以抑制载流子复合并导致光催化活性增强。
2017-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis of the Elusive Bulk Iodide Double-Perovskite Semiconductor, Cs2AgBiI6: Microcrystals and Photoconductive Films
University of Washington（华盛顿大学）
研究首次合成体相Cs2AgBiI6，通过阴离子交换制备微晶粉末，消除痕量水分是关键，还制备了薄膜。该成果展示了其在可见光范围的吸收及光载流子特性，实现了对这种难以捉摸的3D碘化物双钙钛矿的首次光电测量。
2026-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Computational study of structural, elastic, electronic, phonon dispersion relation and thermodynamic properties of orthorhombic CaZrS$_3$ for optoelectronic applications
本文通过第一性原理计算研究正交相CaZrS$_3$的结构、弹性、电子、声子和热力学性质，证实其动力学稳定且具有韧性，为其光电应用提供理论依据。
2023-05-25 cond-mat.mtrl-sci
