压力调控二维层状杂化钙钛矿(EA)2PbI4结构与电子特性的理论探索及其光电应用潜力

本综述基于密度泛函理论（DFT）结合色散校正，系统研究了二维层状杂化钙钛矿(EA)2PbI4在高压下的结构演变与电子行为。研究揭示了Pb-I共价键与N-H···O氢键的协同作用，建立了带隙（Eg>）与微观参数的定量关联，并预测了适用于室内光伏（IPV）和串联太阳能电池的最佳压力条件，为高性能光电器件设计提供了理论依据。

　　

Highlight

基于CRYSTAL程序的PBE-D3计算，本研究系统探讨了二维层状杂化钙钛矿(EA)₂PbI₄在高压下的结构与电子特性。我们计算了压力对晶体结构参数（晶格参数、单元胞体积、金属-卤素键长R_Pb-I、氢键长度R_H…O、相邻八面体间键角φ_Pb-I-Pb、无机骨架畸变Δ、无机层厚度d、层间距L）以及电子特性（特别是带隙E_g>）的影响。

Computational details

计算采用密度泛函理论（DFT）和广义梯度近似（GGA），通过CRYSTAL程序完成。使用高斯型基组和经色散校正的PBE泛函（PBE-D3）。对铅和碘原子应用相对论性HAYWLC赝势。为准确描述含分子结构单元的层状晶体，引入了Grimme的D3色散校正。

Results and discussion

表1列出了环境压力下乙醇铵碘化铅钙钛矿的晶格参数a、b、c、单斜角β、单元胞体积V和带隙E_g>的计算值与实验值。计算分别使用了纯PBE泛函、包含色散校正的PBE泛函（PBE-D2, PBE-D3）以及针对固体修订的PBE泛函（PBEsol）。为验证计算准确性，将计算值f_i^calc与实验值f_i^exp进行了比较。

Conclusions

本研究基于CRYSTAL程序的PBE-D3计算，探讨了二维层状杂化钙钛矿(EA)₂PbI₄在压力下的结构与电子特性。我们计算了压力对晶体结构参数（晶格参数、单元胞体积、金属-卤素键长R_Pb-I、氢键长度R_H…O、相邻八面体间键角φ_Pb-I-Pb、无机骨架畸变Δ、无机层厚度d、层间距L）以及电子特性（特别是带隙E_g>）的影响。