第一性原理研究无机钙钛矿CsSnIxBr3-x

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近年来,全球环境恶化问题加剧迫使人们加快对新能源的研究。在诸多种类的新能源中太阳能以环保、高效并且可大面积应用的优点赢得了科学家们的青睐。多年以来科学家一直在寻求一种高效稳定、价格低廉的太阳能发电材料,钙钛矿太阳能电池应运而生。本文将从无机钙钛矿CsSnI3薄膜的制备以及计算机模拟掺杂两方面入手进行研究。当前制备CsSnI3薄膜最广泛的工艺是通过固相反应法制得粉末,然后溶解到有机溶剂中旋涂成膜。这种方法制得的CsSnI3薄膜稳定性差,膜厚不均匀等缺点,其电学、光学特性由于稳定性差的问题在一定程度上被削弱。本文采用真空蒸发技术制备CsSnI3薄膜,先将CsI和SnI2粉末先后蒸发沉积在玻璃基底上,通过保温使两种薄膜反应生成CsSnI3钙钛矿薄膜。研究不同药品量,不同药品蒸发次序对所得薄膜性能的影响。实验发现,不同蒸发次序会影响薄膜的取向,从而影响CsSnI3薄膜的质量;药剂使用量和蒸发速率同样会影响到其性能。模拟部分用vasp程序包对钙钛矿吸收层CsSnIxBr3-x进行第一性原理模拟计算。首先将三种相的CsSnI3初始晶胞用pot-GGA赝势进行优化,再对其卤族元素进行掺杂替换,弛豫结构计算出总能量,并选取结构更稳定的体系进行电子结构的计算。对计算得到的能带和态密度图进行分析,最后得出对不同相体钙钛矿的不同对称性的原子进行替换,对能带结构和带隙会有不同的影响。结果表明CsSnI3立方、四方、正交相本征禁带宽度为0.41 eV、0.55 eV、0.58eV,符合文献计算结果。对其掺杂后Br后立方相带隙稳步增大,四方、正交相由于其卤族原子存在不同对称性,因此在掺杂过程中呈现波动增长趋势。CsSnI3的价带顶主要由I原子的5p轨道和Sn原子的5s轨道构成,而他的导带底由I原子的5p轨道和Sn原子的5p轨道构成,这说明当入射光照到CsSnI3表面时,Sn的5s和I的5p轨道电子被激发跃迁至Sn的5p轨道。结果基本与实验事实相符,具备较好的可靠性。
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