Machine learning stability and band gap of lead-free halide double perovskite materials for perovskite solar cells

电负性 钙钛矿(结构) 带隙 机器学习 人工智能 随机森林 材料科学 理论(学习稳定性) 钙钛矿太阳能电池 支持向量机 算法 计算机科学 物理 化学 光电子学 结晶学 量子力学
作者
Zongmei Guo,Bin Lin
出处
期刊:Solar Energy [Elsevier BV]
卷期号:228: 689-699 被引量:46
标识
DOI:10.1016/j.solener.2021.09.030
摘要

Perovskite solar cells have risen since 2013, which are urgently longing for lead-free perovskite materials discovery. Here, we propose a machine learning framework to investigate thermodynamic stability and band gap of lead-free halide double perovskites at high speed and high precision, analyze the importance of selected features and provide directions for discovering potential lead-free perovskites. Four different machine-learning algorithms are utilized, including random forest, ridge regression, support vector regression and XGBoost. XGBoost provides the highest predictive performance (R2:0.9935 and MAE:0.0126) for thermodynamic stability. Random forest provides the highest prediction performance (R2:0.9410 and MAE:0.1492) for band gap. Key features are extracted for exploring hidden structure-properties relationships. Thermodynamic stability and the most important feature of electronegativity are linearly correlated, and XGBoost performs best. Band gap and the extracted features of highest occupied energy level (hoe_b1) and cubic phase are non-linearly correlated, and random forest can well capture the non-linearly. This work demonstrates a great potential of machine learning for accelerating perovskite solar-cell materials discovery.
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