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为解决立方无机卤化物钙钛矿发展中的问题，研究人员运用密度泛函理论（DFT）研究 Ba3MX3（M = P, Sb; X = F, Cl）钙钛矿。结果显示其有多种优势，这为太阳能电池等光电子应用提供了新选择。
在科技飞速发展的今天，光电子和光伏设备的商业化进程不断加速，无毒卤化物立方钙钛矿成为了这一领域的 “宠儿”。它们凭借着出色的光电子特性、亲民的成本以及环保的属性，在材料科学、电子工程等多个领域掀起了创新的浪潮。从能将阳光高效转化为电能的太阳能电池，到能实现高速光信号传输的光电器件，卤化物立方钙钛矿都展现出了巨大的潜力。
然而，看似前景一片光明的卤化物立方钙钛矿，实则面临着诸多挑战。目前，有机立方钙钛矿虽能制造出高效的太阳能面板，但它的长期稳定性却饱受质疑，就像一座根基不稳的高楼，难以经受时间的考验。而含铅（Pb）化合物虽然发光性能卓越，可它对环境变化十分敏感，在湿度、温度波动以及紫外线的影响下，稳定性大打折扣，并且铅的毒性更是给人类健康和自然环境带来了潜在威胁。这些问题就像一道道关卡，阻碍着卤化物立方钙钛矿的进一步发展与广泛应用。
为了突破这些困境，科研人员们踏上了探索的征程。来自国外的研究人员将目光聚焦在了新型 Ba3MX3（M = P, Sb; X = F, Cl）钙钛矿上，运用第一性原理密度泛函理论（DFT），对其展开了全面而深入的研究。这一研究成果发表在了《Computational and Theoretical Chemistry》上，为光电子领域带来了新的希望。
在研究过程中，研究人员主要运用了两种关键技术方法。一是基于密度泛函理论（DFT）的 CASTEP 算法，通过该算法可以深入探究材料的物理特性，其中广义梯度近似（GGA）的 Perdew - Burke - Ernzerhof（PBE）变体用于定义交换关联，以准确估算结合能。二是利用 Quantum Espresso 并结合 HSE06 泛函，精确地揭示材料的电子带隙。
结构性质研究
研究发现，模拟的 Ba3MX3（M = P, Sb; X = F, Cl）钙钛矿具有立方构型，属于空间群 Pm - 3 m（#221）。在这种结构中，Ba、M 和 X 原子分别占据着特定的分数坐标（0, 0.5, 0）、（0,0,0）和（0.5, 0, 0.5） ，每个晶胞中有七个原子，它们有序排列，共同维持着晶体的对称性和稳定性。
电子性质研究
借助 GGA - PBE 泛函计算，研究人员发现半导体钙钛矿 Ba3PF3、Ba3PCl3、Ba3SbF3和 Ba3SbCl3的直接带隙分别为 0.95 eV、0.96 eV、1.07 eV 和 0.99 eV。而使用 HSE06 势进一步精确计算后，这些钙钛矿的带隙分别优化为 1.42 eV、1.50 eV、1.96 eV 和 1.89 eV。这些带隙数据表明，它们在太阳能电池技术领域具有很大的应用潜力。
热力学性质研究
通过对形成能的计算，研究人员验证了所探索材料的热力学稳定性。形成能为负值，这意味着这些钙钛矿在热力学上是稳定的，能够在一定条件下稳定存在。同时，研究还对这些钙钛矿在不同温度下的稳定性进行了评估，结果显示它们在较宽的温度范围内都能保持稳定，这为其实际应用提供了有力的保障。
机械性质研究
依据 Born 稳定性基准，研究人员证实了所有探索的钙钛矿都具有机械稳定性。不仅如此，这些钙钛矿还展现出了固有刚度、硬度、韧性、脆性以及各向异性行为等特性，这些特性对于它们在工程应用中的长期耐久性至关重要。比如在一些需要承受外力的光电子器件中，这些机械性能可以保证器件的结构完整性和稳定性。
光学性质研究
在光学性质方面，所研究的材料表现出色。它们在可见光谱范围内具有优秀的吸收能力、高光导率、理想的折射率、较低的反射率以及极小的损耗函数。这些光学特性使得它们成为太阳能电池应用领域的有力竞争者，能够更有效地吸收光能并将其转化为电能。
综合上述研究结果，研究人员得出结论：Ba3MX3（M = P, Sb; X = F, Cl）钙钛矿在结构、电子、热力学、机械和光学等方面展现出了诸多优异的性能。它们的热力学稳定性良好，在较宽温度范围内都能稳定存在；机械稳定性可靠，具备多种有利于长期使用的机械特性；光学性能更是突出，在可见光谱范围内表现卓越。这些特性使得它们有望成为极具前景的光学材料，为太阳能电池、光电子器件等领域的发展开辟新的道路。这一研究成果为解决当前卤化物立方钙钛矿面临的问题提供了新的方向，有助于推动光电子和光伏设备向更高效、更稳定、更环保的方向发展，在未来的科技发展中具有重要的意义。
