混合阴离子混合阳离子钙钛矿 (FAPbI$_3$)$_{0.875}$(MAPbBr$_3$)$_{0.125}$ 的从头算分子动力学研究

组成为 (FAPbI$_3$)$_{1-x}$(MAPbBr$_3$)$_x$ 的混合阴离子混合阳离子钙钛矿已在光伏太阳能电池中实现创纪录效率，但其原子尺度行为尚不清楚，部分原因是其理论建模需要考虑复杂且相互关联的动态与无序效应。我们在此展示对 (FAPbI$_3$)$_{0.875}$(MAPbBr$_3$)$_{0.125}$ 钙钛矿的结构、热力学和电子性质的从头算分子动力学研究。提出了一种特殊准随机结构来模拟分子阳离子和卤素阴离子的无序，其化学计量比接近当今最高效钙钛矿太阳能电池之一。我们表明，与纯化合物相比，混合结构中有机阳离子的旋转受到更强阻碍。我们的分析表明，尽管混合焓为吸热，但由于较大的构型熵，该混合钙钛矿在热力学上可稳定避免相分离。通过杂化密度泛函计算并包含自旋轨道耦合，对从分子动力学中提取的精心挑选的代表性构型研究了电子性质。我们在此根据实验信息验证了该模型，从而对这一重要光伏材料家族中动态与无序效应之间的相互作用提供了更深入的理解。