Anharmonicity and Disorder in the Black Phases of Cesium Lead Iodide Used for Stable Inorganic Perovskite Solar Cells
Notice bibliographique
Résumé
Hybrid organic–inorganic perovskites emerged as a new generation of absorber materials for high-efficiency low-cost solar cells in 2009. Very recently, fully inorganic perovskite quantum dots also led to promising efficiencies, making them a potentially stable and efficient alternative to their hybrid cousins. Currently, the record efficiency is obtained with CsPbI 3, whose crystallographical characterization is still limited. Here, we show through high-resolution in situ synchrotron XRD measurements that CsPbI 3 can be undercooled below its transition temperature and temporarily maintained in its perovskite structure down to room temperature, stabilizing a metastable perovskite polytype (black γ-phase) crucial for photovoltaic applications. Our analysis of the structural phase transitions reveals a highly anisotropic evolution of the individual lattice parameters versus temperature. Structural, vibrational, and electronic properties of all the experimentally observed black phases are further inspected based on several theoretical approaches. Whereas the black γ-phase is shown to behave harmonically around equilibrium, for the tetragonal phase, density functional theory reveals the same anharmonic behavior, with a Brillouin zone-centered double-well instability, as for the cubic phase. Using total energy and vibrational entropy calculations, we highlight the competition between all the low-temperature phases of CsPbI 3 (γ, δ, β) and show that avoiding the order–disorder entropy term arising from double-well instabilities is key to preventing the formation of the yellow perovskitoid phase. A symmetry-based tight-binding model, validated by self-consistent GW calculations including spin–orbit coupling, affords further insight into their electronic properties, with evidence of Rashba effect for both cubic and tetragonal phases when using the symmetry-breaking structures obtained through frozen phonon calculations.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
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Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».