卤化铅钙钛矿中点缺陷的位阻工程

由于其高光伏效率和低成本合成，卤化铅钙钛矿在新太阳能电池技术中的应用引起了广泛关注。最稳定和高效的 ABX$_3$ 钙钛矿太阳能电池采用混合 A 位阳离子，然而阳离子混合对载流子俘获和复合（限制光伏性能的关键过程）的影响尚未被完全理解。在此，我们分析了混合 A 阳离子杂化卤化物钙钛矿 MA$_{1-x}$Cs$_x$PbI$_3$ 中的非辐射载流子俘获。通过使用严格的第一性原理模拟，我们表明阳离子混合导致碘间隙处的空穴俘获速率比单阳离子系统大八个数量级。我们证明同一材料中的同一缺陷可表现出多种多样的缺陷活性——从电惰性到复合中心——并由此解决了文献中相互矛盾的报道。最后，我们提出了一种新机制，其中可利用位阻效应来确定载流子俘获的速率；这是通过 A 位组成控制晶格的相和动力学响应来实现的。我们的发现阐明了化学组成、缺陷活性和光电性能之间的关键联系，并提出了一种通用方法，有助于合理化开发具有目标缺陷性质的新晶体材料。