面向卤化物钙钛矿带隙预测：基于单步与本征值自洽GW的启示
材料科学
2019-10-23 v3
摘要
卤化物钙钛矿构成了一类化学组成多样、作为光伏吸收材料前景广阔的晶体，其带隙随组分不同约为1至3.5 eV。其多样性要求一种通用的计算方法来预测其带隙。然而，这样的方法目前仍然缺失。在此，我们利用密度泛函理论（DFT）和GW近似下的多体微扰理论，计算了一组十种代表性卤化物钙钛矿的准粒子或基本带隙：CHNHPbI（MAPbI）、MAPbBr、CsSnBr、(MA)BiTlBr、CsTlAgBr、CsTlAgCl、CsBiAgBr、CsInAgCl、CsSnBr和CsAuI。与近期测量值比较，我们发现标准广义梯度交换关联泛函会显著低估这些钙钛矿的实验带隙，尤其在强自旋轨道耦合（SOC）和高度色散带边的情况下，低估程度随组分变化。我们表明，这些非系统性误差被单步GW和本征值自洽GW计算所继承，证明半局域DFT起始点对于MAPbI、MAPbBr、CsSnBr、(MA)BiTlBr、CsTlAgBr和CsTlAgCl是不充分的。另一方面，我们发现采用杂化泛函的DFT可得到改进的起始点，且GW对这些钙钛矿给出与实验更吻合的结果。我们的结果表明，基于杂化泛函起始点的GW有望用于预测这一重要技术类半导体晶体中具有大SOC和色散能带的体系之带隙。
引用
@article{arxiv.1903.11376,
title = {Towards predictive band gaps for halide perovskites: Lessons from one-shot and eigenvalue self-consistent GW},
author = {Linn Leppert and Tonatiuh Rangel and Jeffrey B. Neaton},
journal= {arXiv preprint arXiv:1903.11376},
year = {2019}
}