第一性原理用于合金化卤化物双钙钛矿太阳能电池材料的带隙调控及光电性质研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:zgm_19780916
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无铅卤化物双钙钛矿材料具有高光学吸收效率、高载流子迁移率、容错性好、原料种类多、价格低廉等优点,有望被广泛用作铅卤化物钙钛矿材料的环保替代品。然而双钙钛矿材料的带隙多为间接带隙且带隙较大的问题限制了该材料在太阳能领域的应用。本文运用第一性原理研究了双钙钛矿Cs2Na Sb X6(X=Cl、Br、I)体系的光电性质,并采用元素合金化的方式对其进行带隙调控,主要内容如下:(1)对Cs2Na Sb X6(X=Cl、Br、I)体系进行结构优化,研究其电子性质及线性光学性质。结果表明,Cs2Na Sb X6(X=Cl、Br、I)体系材料带隙值分别为3.08e V、2.48e V、1.90e V,均为间接带隙且结构稳定,同时相较于其它双钙钛材料其具有较高光吸收系数、入射光反射率小于0.3、高载流子迁移率的优点。(2)用K、In和Au元素通过合金化Cs2Na Sb X6(X=Cl、Br、I)体系材料,调控相应的带隙。结果表明,K、In和Au元素合金化比例为50%时,带隙均由间接带隙转变为直接带隙。Cs2Na0.5K0.5Sb I6和Cs2Na Sb0.5In0.5I6的带隙分别为1.92e V和1.46e V,其能量值很好地匹配吸光材料的应用范围。XRD图谱表明,合金化前后材料的结构没有发生变化,材料稳定。X位点元素对材料波峰位置影响明显,X位点元素为Cl元素时,波峰红移;X位点元素为I元素时,波峰蓝移;合金化元素后材料最大吸收强度降低。(3)用Rb元素对Cs2Na Sb X6(X=Cl、Br、I)体系材料的Cs和Na位置元素进行合金化处理,研究其电子性质和光学性质。结果表明,B位置元素进行合金化时,对材料带隙调控效果明显。对A位置21种合金化不同位点进行计算,结果表明A2BⅠBⅡX6结构中A位置元素最外层轨道电子未对材料能级跃迁起作用。材料在近紫外和可见光区域存在吸收峰,B位置元素对材料吸收系数、反射率及消光系数影响明显。这些研究为新材料开发提供研究方向。
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