Electronic structure and optical properties of halide double perovskites from a Wannier-localized optimally-tuned screened range-separated hybrid functional
本文将WOT-SRSH泛函应用于五种卤化物双钙钛矿，证明其能准确预测基本带隙、光学带隙和吸收谱，为光电性质计算提供了可行方法。
2024-08-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-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
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
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
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
Enhanced stability of 2D organic-inorganic halide perovskites by doping and heterostructure engineering
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最近引起了人们的广泛关注。从三维到二维（2D）的减少为调整有机-无机卤化物钙钛矿的电子性质提供了令人兴奋的机会。在这里，我们提出了第一性原理密度泛函理论为基础的路线，研究降维，杂质掺杂，异质结构工程的能量稳定性，带隙和输运性质的2D杂化有机-无机卤化物钙钛矿的影响。我们表明，二维有机-无机卤化物钙钛矿的能量稳定性可以显着提高化学沉积二硫化钼单层作为前体的系统中的异质结构工程。虽然一方面，这些结构具有与它们的体对应物相似的和优异的输运性质，但另一方面，它们具有宽范围的可调谐带隙的优点。我们的预测将加快未来的努力（包括理论和实验）在高性能钙钛矿的合成，测量和应用。
2018-07-20 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
Large Polaron Generation and Dynamics in 3D Metal-Halide Perovskites
近年来，金属卤化物钙钛矿在光电应用及其基本性质方面引起了极大的兴趣。由于软晶格的大的电子-声子耦合特性，预期自陷现象将主导混合钙钛矿光激发动力学。然而，虽然在低维钙钛矿中证明了小极化子的光生，但在技术相关的3D钙钛矿中极化子激发的性质及其对载流子传输的影响仍然难以捉摸。在这项研究中，我们使用了第一原理计算和先进的光谱技术的组合，跨越整个光学频率范围，以确定3D金属卤化物钙钛矿中的极化子特征。中红外光诱导吸收显示了与低能量的间隙内电子跃迁的寿命高达ms的时间尺度，和振动模式的频率和振幅重整化的光生态。密度泛函理论支持分配的光谱特征，大极化子导致新的内部间隙跃迁，硬化的声子模式频率，和重整化的振子强度。理论提供了定量估计的载流子的质量和迁移率增加后，极化子形成，证实了实验结果。总体而言，这项工作有助于完成的情况下，在金属卤化物钙钛矿的光激发，并强调了极化输运的钙钛矿基光电子器件的重要性。
2019-05-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
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
Solid-state ionic rectification in perovskite nanowire heterostructures
卤化物钙钛矿材料因其出色的光电应用而引起越来越多的研究关注。由于其低活化能，离子迁移与卤化物钙钛矿器件的长期稳定性和许多不寻常的输运行为有关。然而，卤化物钙钛矿晶体中离子传输的精确控制仍然具有挑战性。在这里，我们可视化和量化的电场诱导的卤素离子迁移的轴向CsPbBr $_3$ -CsPbCl $_3$纳米线异质结构，并证明了固态离子整流，这是由于在纳米线中的离子空位的非均匀分布，从电屏蔽和它们的创建和破坏之间的竞争在电极界面的结果。非对称异质结构特性在以卤化物钙钛矿作为构建块的先进离子电路的设计中为离子运动操纵添加了额外的旋钮。
2020-07-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
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
Nonlocal screening dictates the radiative lifetimes of excitations in lead halide perovskites
我们使用路径积分分子动力学模拟和理论来阐明载流子之间的相互作用，作为介导的卤化铅钙钛矿晶格。我们发现，电荷晶格耦合的MAPbI $_3$的结果在电子和空穴之间的排斥相互作用在中间距离。有效的相互作用是使用高斯场论，从而底层软，极性晶格有助于准粒子之间的非局部屏蔽。这种非局域屏蔽模型的路径积分计算被用来合理化的小激子结合能和低辐射复合率实验观察到，并与传统的Wannier-Mott和Fröhlich模型，未能做到这一点。这些结果阐明了卤化铅钙钛矿中高功率转换效率的起源。出现排斥电子空穴相互作用提供了优化软，极性半导体的设计原则。
2022-02-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
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
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
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
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
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
Dynamic Local Symmetry Fluctuations of Electron Density in Halide Perovskites
本研究针对卤化物钙钛矿中非谐晶格动力学与电子涨落的耦合机制不明的问题，采用从头算分子动力学结合Wannier函数的动态群论分析CsSnBr₃，揭示了振动模式的对称耦合、非谐性来源及Cs阳离子电子涨落与晶格畸变的关联，为理解相关材料物理性质提供了新方法与新见解。
2024-04-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Light-Emitting Diodes based on Metal Halide Perovskite and Perovskite Related Nanocrystals
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
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
Antiferromagnetic Order in the Rare Earth Halide Perovskites CsEuBr$_3$ and CsEuCl$_3$
实验表明，CsEuBr $_3$和CsEuCl $_3$分别在2.0 K和1.0 K的Neel温度下是反铁磁有序的磁性半导体.考虑到CsEuCl $_3$的纳米颗粒和薄膜已经被报道在类似的温度下铁磁有序，我们在CsEuBr $_3$和CsEuCl $_3$中对反铁磁有序的观察扩展了卤化物钙钛矿的可能应用，现在包括自旋电子器件，其中铁磁和反铁磁器件都可以由单一材料制造。我们的密度泛函理论计算也支持CsEuCl $_3$可用作可开关磁性材料的结论。
2022-09-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph 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
Chemical Mapping of Excitons in Halide Double Perovskites
本研究通过GW和Bethe-Salpeter方程计算，揭示了卤化物双钙钛矿中激子结合能随阳离子组合变化跨越多个数量级，并基于DFT电子结构提出了预测激子性质的化学规则。
2023-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Quantum Efficiency Enhancement of Lead-Halide Perovskite Nanocrystal LEDs by Organic Lithium Salt Treatment
表面缺陷钝化是实现卤化铅钙钛矿纳米晶体的高光致发光量子产率的关键。然而，在钙钛矿发光二极管中，这些表面配体还必须能够使平衡的电荷注入到纳米晶体中，以产生高效率和工作寿命。在这方面，已报道碱性卤化物钝化表面陷阱态并增加钙钛矿发光体的整体稳定性。一方面，将碱性离子掺入卤化铅钙钛矿晶体结构中被认为是为了平衡阳离子空位，而另一方面，过量的卤化物被认为是稳定胶体。在这里，我们报告了一种有机锂盐，即LiTFSI，作为钙钛矿纳米晶体上的无卤化物表面钝化。我们表明，处理LiTFSI对卤化铅钙钛矿纳米晶体和由其衍生的LED具有多种有益的影响。我们获得了更高的光致发光量子产率和更长的激子寿命，以及更有利于光外耦合的辐射图案。配位体诱导的偶极子在表面上移动其能级向较低的空穴注入势垒。总的来说，这些效应使概念验证LED结构的外部量子效率提高了四到七倍，这取决于所使用的卤化铅钙钛矿发光体的颜色。
2022-03-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Local polar fluctuations in lead halide perovskite crystals
混合铅-卤化物钙钛矿已经成为一类优秀的光伏材料。最近的报告表明，有机分子阳离子是负责当地的极性波动，抑制载流子复合。我们结合低频拉曼散射与第一性原理分子动力学（MD）研究这些局部极性波动的基本性质。我们在混合（CH $_3$ NH $_3$ PbBr $_3$）和全无机（CsPbBr $_3$）卤化铅钙钛矿中观察到强中心峰，表明非谐局部极性波动是一般卤化铅钙钛矿结构所固有的，而不是偶极有机阳离子所特有的。分子动力学模拟表明，头对头Cs运动耦合Br面膨胀，在几百飞秒的时间尺度上，驱动局部极性波动CsPbBr $_3$。
2017-02-10 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations of defects in metal halide perovskites: a performance comparison of density functionals
金属卤化物钙钛矿半导体具有优异的光电性能。虽然这些钙钛矿在电子上是缺陷容忍的，但缺陷会妨碍它们的长期稳定性并导致退化。密度泛函理论（DFT）计算是揭示缺陷的微观结构的重要工具，但是结果受到DFT泛函中使用的不同近似的影响。在金属卤化物钙钛矿的情况下，已经报道了具有不同泛函的定性不同的结果，预测空位或间隙点缺陷是最主要的。在这里，我们进行了广泛的泛函计算的平衡缺陷形成能量和点缺陷的原型金属卤化物钙钛矿，MAPbI $_3$的浓度进行了全面的比较。我们发现，它是必不可少的，包括远程范德瓦尔斯相互作用的功能，这是至关重要的，以自我一致的优化结构和体积的所有化合物参与缺陷的形成。为了计算平衡形成能量的点缺陷的MAPbI $_3$和类似的金属卤化物钙钛矿，我们认为，所涉及的物种的化学势的精确值，或本征费米能级，是不重要的。与简单的Schottky或Frenkel图相比，我们发现主要缺陷是MA和I空位以及Pb空位。
2021-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Dynamical tilting in halide perovskites
天然钙钛矿和人工合成钙钛矿由于其独特的物理性质，如超导性、铁电性和光活性，成为广泛应用的功能材料。这些性质中的许多与八面体单元的静态或动态运动有关;然而，目前缺乏对钙钛矿晶体结构，化学键和物理性质之间关系的充分理解。一些研究表明，存在由八面体单元的非谐运动产生的动态无序，例如在卤化物钙钛矿结构中。在这项工作中，我们推导出所有可能的空间群简单的钙钛矿$\rm ABX_3$与动态八面体倾斜。导出的空间群扩展了[Glazer，A. Acta Cryst. B 1972，28，3384-3392; Aleksandrov，K. Ferroelectrics1976，24，801-805; Howard，C.J.，Stokes，H. T. Acta Cryst.B1998，54，782-789]。我们通过分析最近的科学出版物中报道的钙钛矿的结构数据，证明了动态倾斜的普遍性，并讨论了相应结构中动态倾斜的签名。最后，我们讨论了动力学无序对卤化物钙钛矿物理性质的可能影响。
2022-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Discovery of Ferroelectric Twin Boundaries in a Photoactive Halide Perovskite
Monash University（莫纳什大学）；University of Oxford（牛津大学）
在光活性卤化物钙钛矿中发现铁电双晶界，揭示其非极性晶格中隐藏的铁电功能，为提升导电性和光伏性能提供新途径。
2026-01-19 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
Charge Transport in Hybrid Halide Perovskites
电荷传输对混合卤化物钙钛矿太阳能电池的性能至关重要。提出了一个基于大极化子的理论模型来解释钙钛矿中的电荷输运性质。关键的新的物理见解被纳入模型，包括acoustic声子，而不是光学声子的极化子的散射负责的解释，这些声学声子被充分激发由于“软”的钙钛矿，和温度依赖性介电函数的基础上的温度依赖性的载流子迁移率。这项工作解决了文献中的关键争议，并形成了一个起点，更严格的第一性原理预测的电荷传输。
2017-10-25 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
Robust Bloch character at the band edges of hybrid halide perovskites
高对称性赝立方晶胞常用于模拟卤化物钙钛矿的电子结构。然而，直接比较的能带结构与更现实的低对称相位是由区折叠阻碍。我们利用谱密度技术，以减少超晶胞能带结构的一个共同的布洛赫基础。这使我们能够比较高和低对称相的电子结构，以及调查的结构和成分的无序状态附近的带边，管理运输，解离和重组的光激发的影响。
2015-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Rashba Spin-Orbit Coupling Enhanced Carrier Lifetime in Organometal Halide Perovskites
有机金属卤化物钙钛矿是下一代光伏应用的有前途的太阳能电池材料。这些材料的长载流子寿命和扩散长度使得它们对于用于光吸收器和载流子传输器非常有吸引力。虽然有机金属卤化物钙钛矿的这些方面吸引了最多的关注，但由强自旋轨道耦合驱动的Rashba效应对这些材料的光伏特性的影响在很大程度上尚未探索。在这项工作中，以甲基铵碘化铅的电子结构为例，我们提出了一个内在的机制，提高载流子寿命的三维Rashba材料。基于第一性原理计算和Rashba自旋轨道模型，我们证明了自旋禁戒跃迁降低了复合速率。这些结果对于理解有机金属卤化物钙钛矿的基本物理性质以及优化和设计具有更好性能的材料具有重要意义。所提出的机制，包括自旋自由度提供了一个新的范例，使用三维Rashba材料的光伏应用。
2015-05-15 cond-mat.mtrl-sci
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
Tuning the Electronic Levels of NiO with Alkali Halides Surface Modifiers for Perovskite Solar Cells
良好的光电性能和易于制造使NiO成为钙钛矿太阳能电池的有前途的空穴传输层。为了实现最大效率，NiO的电子能级需要与钙钛矿吸收剂的电子能级最佳对齐。通过在NiO表面上吸附物种来施加表面改性剂是调节其能级的最普遍的策略之一。碱金属卤化物是一种简单的无机表面改性剂，在有机光电子学中有着广泛的应用，但在钙钛矿太阳能电池中的研究却很少。采用密度泛函理论（DFT）计算方法，研究了20种碱金属卤化物在NiO表面的单层吸附对NiO电子能级的影响.我们的研究结果表明，碱金属卤化物可以移动的位置的价带最大值（VBM）的NiO到一个令人惊讶的大范围内在两个方向上，从-3：10 eV到+1：59 eV。我们解释的方向和幅度的位移的表面偶极子，形成的吸附的阳离子和阴离子，其中的VBM位移的大小是一个单调的函数的表面覆盖。我们的研究结果表明，与碱金属卤化物表面改性剂，NiO的电子能级可以调整鲁棒性和潜在的钙钛矿太阳能电池中的许多钙钛矿组合物相匹配。
2020-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Calculating the Circular Dichroism of Chiral Halide Perovskites: A Tight-Binding Approach
本文提出DFT参数化的紧束缚模型，以低计算成本计算手性卤化物钙钛矿的圆二色性，并揭示金属卤化物层内的结构螺旋性决定CD大小，为预测新型光电材料提供了有效工具。
2023-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Resolving spatial and energetic distributions of trap states in metal halide perovskite solar cells"
Ni等人报告了最小体陷阱密度为10^11 cm-3，并且根据卤化铅钙钛矿的驱动级电容分布得出的界面陷阱密度发生了1-4个数量级的变化。从基本的静电参数，我们表明，这种体积陷阱密度不能解决的p-i-n钙钛矿太阳能电池的报告层厚度，而表观界面电荷密度的几何电容和电荷注入到钙钛矿层的后果。
2020-11-29 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
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
Three-Dimensional to Layered Halide Perovskites: A Parameter-Free Hybrid Functional Method for Predicting Electronic Band Gaps
针对标准杂化泛函预测3D及层状卤化物钙钛矿带隙的不足，本研究评估DSH泛函，提出基于对应3D钙钛矿介电常数的改进策略，提升预测精度，为光电子材料建模提供高效无参数方法。
2025-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic insights into the degradation of halide perovskites: a reactive force field molecular dynamics study
卤化物钙钛矿由于其特殊的光电性质而制成高效的太阳能电池，但存在若干稳定性问题。由于实验中时空分辨率的限制以及缺乏有效的计算方法来研究反应过程，降解过程的表征具有挑战性。在这里，我们提出的第一个努力，在发展反应力场的大规模分子动力学模拟的相不稳定性和缺陷诱导的降解反应在无机CsPbI $_{3}$。我们发现，相变的钙钛矿晶格的非谐性与热熵的组合驱动。在相对低的温度下，Cs阳离子倾向于远离与周围金属卤化物骨架良好接触的优先位置，潜在地导致其转化为非钙钛矿相。我们的缺陷结构的模拟表明，虽然碘空位和杂质在钙钛矿晶格中是非常移动的，但空位对稳定性有不利影响，引发钙钛矿分解反应为PbI $_{2}$。我们的工作提出ReaxFF作为一个有效的计算框架，研究反应过程中的卤化物钙钛矿。
2021-04-03 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
