无机金属卤化物钙钛矿中离子结构与动力学的高效建模
材料科学
2020-10-07 v1
摘要
金属卤化物钙钛矿(MHPs)因其作为太阳能电池活性层的卓越性能,是当今研究最多的半导体之一。尽管MHPs是优异的固态半导体,它们同时也是离子化合物,其中离子迁移在其形成、光伏性能及长期稳定性中起着决定性作用。鉴于上述复杂性,基于经典力场的分子动力学模拟尤其适用于研究MHPs的性质,如晶格动力学与离子迁移。特别地,对混合组分进行建模的可能性十分重要,因为这类组分对于优化光学带隙与稳定性最具相关性。为此,我们采用DFT计算与遗传算法,开发了一个完全可迁移的经典力场,适用于基准无机钙钛矿组分集CsPb(Br_xI_(1-x))_3(x = 0,1/3,2/3,1)。所得力场使用一组对所有组分均有效的通用参数,正确地复现了纯相与混合结构的实验晶格参数随溴/碘比例的变化、离子间距离以及XRD谱。纯化合物的模拟热导率与离子迁移活化能也与实验趋势吻合良好。我们的分子动力学模拟使得预测离子扩散系数对溴/碘比例及空位浓度的组分依赖性成为可能。对于约9×10^21 cm^-3的空位浓度,我们在环境温度下的离子扩散系数分别为CsPbBr3的10^-11 cm2/s与CsPbI3的10^-13 cm2/s。有趣的是,与纯化合物相比,我们预测混合钙钛矿的空位迁移活化能显著更低且扩散更快。
引用
@article{arxiv.2003.09360,
title = {Efficient Modelling of Ion Structure and Dynamics in Inorganic Metal Halide Perovskites},
author = {Salvador Rodriguez-Gomez Balestra and Jose Manuel Vicent-Luna and Sofia Calero and Shuxia Tao and Juan A. Anta},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.09360},
year = {2020}
}