硫化物钙钛矿不稳定性的起源
材料科学
2025-09-01 v2
摘要
硫化物钙钛矿，特别是 II-IV ABS3 化合物，是一种具有良好光电器件应用潜力的材料类。然而，这些材料常常在两个方面表现出不稳定性：1) 偏好包含一维棱或面共享八面体网络的结构，而非三维角共享钙钛矿框架（多形不稳定性），以及2) 趋于分解为竞争性组成（胞内不稳定性）。我们使用密度泛函理论评估了 81 种 ABS3 化合物的稳定性，发现只有 BaZrS3 和 BaHfS3 同时在多形和胞内稳定，其中 77% 的化合物首选 NH4CdCl3 型结构。与现有容差因子模型比较表明，这些方法对已知钙钛矿效果良好，但会过度预测无实验结果的配方稳定性。多形稳定性分析表明，钙钛矿结构由强 B-S 键合稳定，而针状结构表现出最小的 B-S 共价性，表明静电相互作用而非共价相互作用驱动棱共享构型的偏好。胞内稳定性分析将 ABS3 与 ABO3 类比揭示了硫化物中感应效应较弱，这可能解释了硫化物稀缺于氧化物的原因。进一步支持 ABS3 化合物相对不稳定的是实验合成尝试的结果。这些发现提供了对硫化物钙钛矿不稳定性起源的基本见解，并凸显了在已报道的仅少数材料之外拓展这一有前景材料类的挑战。
引用
@article{arxiv.2506.11224,
title = {Origins of chalcogenide perovskite instability},
author = {Adelina Carr and Talia Glinberg and Nathan Stull and James R. Neilson and Christopher J. Bartel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.11224},
year = {2025}
}