Significant phonon anharmonicity drives phase transitions in CsPbI3

非谐性 声子 相变 凝聚态物理 吉布斯自由能 相(物质) 钙钛矿(结构) 化学 材料科学 热力学 物理 结晶学 有机化学
作者
Hong‐Yang Gu,Wan‐Jian Yin,Xin-Gao Gong
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:119 (19) 被引量:16
标识
DOI:10.1063/5.0072367
摘要

Due to its high chemical stability and high power conversion efficiency as a solar cell absorber, the inorganic halide perovskite, CsPbI3, is considered one of the most promising competitors to its hybrid organic-inorganic counterpart, CH3NH3PbI3. However, the phase transition from the photoactive black phase to the inactive yellow phase is a remarkable limitation that harms long-term phase stability. In particular, the phase transitions follow different pathways as the temperature increases and/or decreases, a phenomenon that is anomalous and remains poorly understood. In this study, we systematically calculated the temperature-dependent free energy of CsPbI3 in different crystal phases (α, β, γ, δ) by considering the phonon contribution to the Gibbs free energy. It is found that the free energy results from calculations that include harmonic phonons cannot reproduce experimental observations. Alternatively, we utilized the renormalized phonon quasiparticle approach to derive the free energies of different CsPbI3 phases at finite temperatures. Based on these calculated free energies, whose derivations included the anharmonic effect, we observed phase-transition processes consistent with experimental results. The analysis of the temperature effect on the phonon frequencies further demonstrated that anharmonic effects in the CsPbI3 had a significant influence on its phase transitions.
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