近日，我院理论物理课题组与密苏里大学合作在钙钛矿光伏器件稳定性的第一性原理研究方面取得新进展，相关工作“Anisotropic cation migration and strain driving compositional segregation in FACsPbI3”以河北大学为第一单位发表在《Applied Physics Letters》。硕士研究生张敏为论文第一作者，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。
FACsPbI3是高效钙钛矿太阳能电池最具前景的吸光材料之一，借助A位阳离子混合是提升器件长期稳定性的重要策略。然而，A位阳离子的空间分布不均会显著影响光伏性能。本研究采用密度泛函理论，系统考察了阳离子混合对迁移行为的影响，并阐明了组成不均匀性的成因。研究发现，引入Cs不仅能够抑制卤素阴离子的迁移，还能显著抑制FA与Cs阳离子的迁移，且在无应变条件下对Cs迁移的抑制作用尤为明显。Cs离子在杂化钙钛矿晶格中表现出各向异性的迁移特征，倾向于沿邻近FA阳离子的C—H键轴方向移动；相比之下，FA阳离子则由于氢键相互作用，更易沿与其自身平面垂直的路径迁移，呈现出旋移耦合的迁移运动模式。在杂化钙钛矿的初始凝固阶段，热力学上有利于形成Cs富集的畴区；随后的晶格应变进一步驱动Cs与FA的各向异性迁移，导致阳离子在空间上的非均匀分布。这些结果深化了对混合阳离子钙钛矿中阳离子迁移机制的认识，揭示了造成组成不均匀性的关键因素，为实验上缓解钙钛矿相分离提供了理论指导。
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/10.1063/5.0321736
