这些以模拟为指导的新设计原则可以基于简单和环保的制造方法，为照明和数据存储提供下一代太阳能电池和光电子产品。

混合钙钛矿的太阳能电池性能从2009年的4%以下提高到现在的20%以上。然而，钙钛矿稳定性仍然限制了性能。此外，杂化钙钛矿通常含有铅，这是有毒的。现在，由弗吉尼亚联邦大学领导的研究人员使用了多尺度方法和对40多种材料的综合研究，以确定控制无铅杂化钙钛矿的性质和稳定性的参数和机制。科学家们进行了模拟，以填补一系列无铅混合钙钛矿的信息差距，但没有实验数据。

计算方法包括密度泛函理论，从头算分子动力学模拟和动态晶格计算。

该材料可以描绘为由超离子组成的超级晶体，包括超碱离子和超卤离子。改变超离子中的卤素(氯，溴或碘)和金属(锗或锡)会影响它们的离子半径和键合的离子性质。科学家们确定了将键合的离子性质与电子带隙和其他光伏相关性质相关联的设计原则。

该团队确定了两种增加离子性质的方法：使用较小的卤素来增加超离子之间的半径比，并使用更多的金属金属(锡与锗相比)。此外，他们还确定了材料在受潮时如何降解，并提出了反制策略。这种新的原子级理解可以促进更有效和更持久的太阳能电池的发展。