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(huì)，也為探索組合化學(xué)空間帶來(lái)了重大挑戰(zhàn)。

在此，美國(guó)普渡大學(xué)/阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Arun Mannodi-Kanakkithodi等人開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于預(yù)測(cè)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(jì)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(duì)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(jì)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(jì)算的229種化合物的晶格常數(shù)

此外，NN模型通過(guò)對(duì)超參數(shù)、訓(xùn)練-測(cè)試拆分和交叉驗(yàn)證的嚴(yán)格調(diào)整對(duì)DFT數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，然后對(duì)17955種化合物的數(shù)據(jù)集進(jìn)行預(yù)測(cè)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(yáng)離子鹵化物鈣鈦礦的組成趨勢(shì)，其中甲基銨（MA）和甲脒（FA）基碘化物占優(yōu)勢(shì)，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(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)框架有望用于設(shè)計(jì)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(jì)。

圖2. 篩選過(guò)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