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铜基卤化物钙钛矿衍生物相稳定性的第一性原理研究

2020-05-21

铜基卤化物钙钛矿衍生物(AlCumXun, A=Rb and Cs, X=Cl, Br and I, 以下称lmn-化合物)由于其无铅、低价、储量丰富以及高光致发光量子产率和大的激子结合能最近引起了研究者的关注。实验合成过程中,由于Cu丰富的价态(+1和+2价),可以实现不同价态相之间的转变,导致该类化合物组分与结构相当复杂。比如,最近东京工业大学细野秀雄研究组最近报道了Cs3Cu2I5结构[1],上海交大赵一新,东南大学陈金喜和娄永兵课题组合成了Cs2CuX4(X=Cl, Br, 和Br/I)化合物[2]。除此之外,有文献报道的铜基卤化物钙钛矿衍生物还包括123-,113-,213-,327-,和459-型等化合物。该类材料复杂的化学组分与晶体结构使得实验的精准合成相当困难,进而阻碍了这类材料的应用。

苏州大学能源学院孙中体博士与尹万健教授运用第一性原理计算方法,结合热力学平衡生长条件和线性规划算法,对315-,214-,123-,113-,213-,327-,和459-型AlCumXun(A=Rb and Cs, X=Cl, Br and I)化合物进行了系统的稳定性研究[3],发现了 10种分解能为正且存在相稳定区域的潜在新型铜基卤化物材料,包括Rb3Cu2I(Br)5, RbCu2Cl3, Rb2CuI3, Rb2CuBr4, RbCuBr3, Rb3Cu2Br7, Cs3Cu2Br(Cl)7 和Cs4Cu5Cl9。这些材料均没有被实验报道。该工作为拓宽了铜基类卤化物的材料范畴,为实验材料合成提供了新的视角。

图1:上述7种化学计量式钙钛矿卤化物衍生物AlBmXn (A=Rb, Cs; B=Cu; X=Cl, Br, I)的相稳定区域存在性汇总表。‘√’ 和 ‘×’号分别表示稳定和不稳定,黄色区域表示无机材料晶体库 (ICSD) 中存在的相。

Comprehensive first-principles studies on phase stability of copper-based halide perovskite derivatives AlCumXn (A = Rb and Cs; X = Cl, Br, and I)

Zhongti Sun, Xiwen Chen, Wanjian Yin

J. Semicond. 2020, 41(5): 052201

doi: 10.1088/1674-4926/41/5/052201

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(来源:半导体学报2020年第5期—钙钛矿半导体光电材料与器件专刊



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