鹵化物鈣鈦礦性質(zhì)的高度可調(diào)性為光電應(yīng)用提供了新的機(jī)會，也為探索組合化學(xué)空間帶來了重大挑戰(zhàn)。

在此，美國普渡大學(xué)/阿貢國家實(shí)驗(yàn)室Arun Mannodi-Kanakkithodi等人開發(fā)了一個用于預(yù)測具有B位混合的鹵化物鈣鈦礦合金選定化學(xué)空間的結(jié)構(gòu)、電子、光學(xué)和缺陷特性的框架，由使用PBE和HSE06泛函進(jìn)行的高通量DFT計算和使用各種組成原子或分子的平均元素屬性作為輸入描述符對結(jié)果數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN）回歸模型組成。

其中，在具有 A、B 和X原子的一組選定選項(xiàng)的ABX₃鈣鈦礦的化學(xué)空間中，作者利用DFT模擬了具有B位混合化合物的偽立方結(jié)構(gòu)，并利用半局域泛函和雜化泛函計算了幾種性質(zhì)，包括穩(wěn)定性、晶格常數(shù)、帶隙、空位形成能、折射率和基于光學(xué)吸收光譜的光伏品質(zhì)因數(shù)。

圖1. PBE和HSE計算的229種化合物的晶格常數(shù)

此外，NN模型通過對超參數(shù)、訓(xùn)練-測試拆分和交叉驗(yàn)證的嚴(yán)格調(diào)整對DFT數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，然后對17955種化合物的數(shù)據(jù)集進(jìn)行預(yù)測從而篩選出具有適當(dāng)帶隙、光吸收和缺陷容限的穩(wěn)定材料。最終，獲得了574種有前途的化合物，根據(jù)其光伏品質(zhì)因數(shù)被列為潛在吸收劑。

作者揭示了篩選的一組有吸引力的混合陽離子鹵化物鈣鈦礦的組成趨勢，其中甲基銨（MA）和甲脒（FA）基碘化物占優(yōu)勢，B位混合包含較大比例的Pb和Sn及較小比例的Ge、Ba、Sr和Ca。這里開發(fā)的數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計框架有望用于設(shè)計新穎的鈣鈦礦混合組成且可以擴(kuò)展到更廣泛的化學(xué)空間，將有助于下一代光電子、功率器件和相關(guān)應(yīng)用的新型結(jié)構(gòu)、成分和合成途徑的加速設(shè)計。

圖2. 篩選過程中鈣鈦礦組成空間的可視化

Data-Driven Design of Novel Halide Perovskite Alloys, Energy & Environmental Science 2022. DOI: 10.1039/D1EE02971A