近日，我院理论物理课题组与密苏里大学合作在全无机钙钛矿γ-CsPbI3的第一性原理计算方面取得新进展，相关研究成果“Synergistic effects of strain and chemical environment on defect engineering in γ-CsPbI3”以河北大学为第一单位发表在《Applied Physics Letters》。硕士研究生罗涛和陈志娟为论文共同第一作者，关丽教授、李旭研究员和密苏里大学陈晓波教授为共同通讯作者。
晶格应变下的本征点缺陷对钙钛矿太阳能电池的稳定性及其光电性能起着关键作用，该工作利用第一性原理方法系统探究了单轴应变与体积应变对γ-CsPbI3中常见缺陷形成能的作用机制。结果表明，拉伸应变可显著提升碘空位（VI）和铅空位（VPb）等空位缺陷的形成能，而较大的体积压缩应变则会引发VPb和铯空位（VCs）的自发形成。大量研究表明，铅卤钙钛矿晶格的Pb-I-Pb键角和PbI6八面体倾斜与缺陷形成能呈现密切关联。对于γ-CsPbI3，拉伸应变有利于增加Pb-I-Pb键角，同时减小八面体倾斜，这从根本上增强了钙钛矿的晶格对称性，从而提高了缺陷的形成能。实验上，铅卤钙钛矿的合成过程常采用碘过量环境以降低VI缺陷浓度。该工作发现富碘条件会导致点缺陷对应变的耐受性显著降低，以致于微小应变即可引发缺陷形成能的剧烈变化，例如VPb的形成能在-3%~3%单轴和体积应变范围内分别降低了近30%和100%。在所有缺陷中，VI表现出在富碘条件下更高的应变耐受性，这在理论上支持了在钙钛矿合成中利用富碘条件来稳定VI缺陷浓度的做法。该研究揭示了晶格应变调控缺陷形成的内在机理，为实验上利用应变工程提升钙钛矿太阳能电池长期稳定性和光电转换效率提供了理论依据。
以上工作得到了国家自然科学基金、河北省自然科学基金、中央引导地方项目和物理学院公共测试中心的资助与支持。
论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0253443
