BCL是理解和预测染料及其在太阳能电池中效率的一个理论框架，最近的一篇论文全面介绍了这种方法：它基于一组方程，使用TDDFT获得染料敏化太阳能电池效率的整体效率指数（Global Efficiency Index，GEI）；GEI通过三个因子乘积得到：可用注入能量（F1）、注入电荷量（F2）和再生效率（F3）。迄今为止获得的结果表明，与实验光转换效率（PCE）有良好的相关性。此外，该方法还提供了理论工具，使研究者能够理解电池的运行情况，以及优化电池的关键。 要点： 与实验结果匹配的很好所有计算使用AMS软件ADF模块完成，使用OPBE泛函、SAOP模型势提出了在锂太阳能电池领域的应用和改进颜料的开发运行BCL计算简明手册 参考文献： M. Barrera, I. Crivelli, B. Loed, The BCL Method for DSSC: Basis and Applications, Appl. Sci. 12, 2358 (2022)
溶液合成是制备光电用金属卤化物钙钛矿最常用的方法之一。从溶液中控制钙钛矿的生长对于获得高质量的材料至关重要，这也需要研究者对钙钛矿前驱体化学有深入的了解。事实上，起始材料（盐、溶剂、添加剂）的选择决定了钙钛矿本身的最终形态和结晶度。因此，确定钙钛矿溶液制备过程中形成的溶剂化碘化物（即碘化铅络合物）的构成，对理解溶液与材料性质之间的关联非常重要。尤其是溶剂和添加剂如何影响碘化物平衡，这将使我们在理解这些材料的行为方面得到进一步的认知。 为了达到这个目标，佩鲁贾大学和CNR SCITEC的研究人员开发了一个综合的实验和计算框架，它包括UV/Vis吸收光谱和密度泛函理论（DFT）模拟。静态计算和分子动力学用于揭示溶剂化碘化物模型结构的特性，然后对其进行TDDFT计算，得到包含自旋轨道耦合（SOC）效应的精确其光学行为。 理论和实验吸收光谱之间的极好一致性，让研究人员发现可信的溶剂化钙钛矿物种与配位溶剂。在一系列论文中，报道了二甲亚砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)[1]和γ-羟基丁酸内酯(GBL)[2]中的钙钛矿溶剂化结构。通过比较实验光谱和计算光谱，还研究了水[3]和PbCl2铅盐前驱体[4]对碘化物平衡的影响。这些研究揭示了钙钛矿前驱体溶液的不同组分如何影响溶剂化复合物的性质，这些组分对钙钛矿的生长方式、形态和最终材料中发现的缺陷类型有直接影响，从而影响其在太阳能电池中的性能。 输入文件下载：*.ams，*.run 参考文献： [1] Radicchi, E.; Mosconi, E.; Elisei, F.; Nunzi, F.; De Angelis, F. Understanding the Solution Chemistry of Lead Halide Perovskites Precursors. ACS Appl. Energy Mater. 2019, 2, 3400–3409. [2] Radicchi, E.; Kachmar, A.; Mosconi, E.; Bizzarri, B.; Nunzi, F.; De Angelis, F. Structural and Optical Properties of Solvated PbI2 in γ-Butyrolactone: Insight into […]
对金属卤化物钙钛矿材料性质的全面理解，对于提高未来太阳能电池的稳定性和效率至关重要。毫无疑问，计算模拟是在原子水平上描述金属卤化物钙钛矿的物理化学性质的一个非常有价值的工具。为了彻底了解这些复杂系统，需要对相对较大体系中的电子和离子进行同时建模，这对DFT计算来说代价很大。埃因霍温技术大学的研究人员，近期验证了最近的GFN1-XTB DFTB方法用于模拟卤化物钙钛矿性质的适用性。 他们评估了GFN1-xTB的性能，并计算了几种金属卤化物钙钛矿的结构、能量、振动和光电特性。对一系列具有不同化学成分（阳离子、金属、阴离子）以及结构相（立方、四方、正交）的卤化物钙钛矿进行了与实验、DFT计算的综合比较。 结果表明，GFN1-xTB方法可以处理比标准DFT计算更大的体系和更长的时间尺度，而计算成本很低，同时在计算各种结构和电子性质时保持较高的精度。虽然DFTB在模拟钙钛矿方面显示出很高的通用性，但仍有改进的余地，最显著的是某些结构相，经过几何弛豫后发生的结构畸变，以及含有复杂动态键的离子的错误电子描述。由于xTB哈密顿量的可调性质，作者设想通过重新参数化来改善DFTB的性能。基于AMS的ParAMS，能够训练ReaxFF、DFTB参数。 参考文献： J. M. Vicent-Luna, S. Apergi, S. Tao, Efficient Computation of Structural and Electronic Properties of Halide Perovskites Using Density Functional Tight Binding: GFN1-xTB Method, J. Chem. Inf. Model. 61, 4415 (2021)
卤化铅钙钛矿，如(CH3NH3)PbI3，其优异的半导体性能以及在太阳能电池、光催化、LED中的成功应用，使其成为近期广泛研究的重点材料。 层状钙钛矿，如(C4H9NH3)PbI稳定性更好，同时支持更大的功能化有机阳离子，又能保持其母体钙钛矿的良好半导体特性。但铅化合物具有毒性，这促使科学家们寻找其他卤素金属化合物作为替代品。 碘化铋化合物似乎很有前途，因为铋化合物通常没有毒性，如包含双核阴离子Bi2I93-的(CH3NH3)3Bi2I9，在光伏器件上进行了测试，但经过大量优化后，效率只有3.17%。相比之下，卤化铅钙钛矿太阳能电池目前能达到20%以上。造成这一差异，结构化学方面有一个重要原因：碘化铅易形成层状或网格阴离子，而铋主要形成分子或链状阴离子。迄今为止，只有两种层状碘化铋阴离子化合物被报道（ Chem. Mater., 2015, 27, 7137–7148；Inorg. Chem., 2000, 39, 6107–6113）。从层状混合卤化铋化合物(TMP)1.5[Bi2I7Cl2]（TMP = N, N, N’, N’ – tetramethyl-piperazine）的合成来看，只要能找到合适的相反电荷离子，就可能合成更多的有机-无机层状碘化铋化合物。 马堡大学Ralf Tonner与Johanna Heine等人，报道了层状有机- 无机碘化铋化合物（Me2C=NMe2）Bi2I7，这是第一个这类层状化合物，金属位置实现完全占据。对晶体的合成、反应活性、晶体结构和光学特性进行了研究，揭示其独特的拓扑结构，高稳定性和低带隙特性。用量子化学方法分析了化合物的电子性质，提出对扩展固体中碘-碘接触的表征以及定量化的方法。文中还讨论了为什么该发现与卤化物钙钛矿铅有关，以及如何简易地制备离子，为金属卤化物材料开辟了新的机会。 作者使用VASP对晶体结构进行优化，使用AMS中的BAND模块进行周期性体系的能量分解分析、成键机理研究(pEDA-NOCV)以及QTAIM分析。pEDA的分析结果令人惊讶，这些双层之间的相互作用能53%来自色散能，47%来自电子，这表明结合机理比纯范德华结合更为复杂。进一步研究pEDA中的“吸引力”项（总结合能中的负值项）表明，静电相互作用占主导地位(56%)，这可以理解为有机层和无机层的离子性导致。然而轨道相互作用占44%，这表明共价作用的贡献也非常显著。 通过化学价自然轨道方法（NOCV）进一步分析这些轨道相互作用，确定共价作用主要来自于碘-碘之间的电荷转移。 参考文献: Natalie Dehnhardt, Jan-Niclas Luy, Marvin Szabo, Mirco Wende, Ralf Tonner and Johanna Heine, Synthesis of a two-dimensional organic–inorganic bismuth iodide metalate through in situ formation of iminium cations, Chem. […]
