【摘 要】
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近些年来,社会经济发展越来越迅速,人类对于能源的需求日益加大。为了进一步契合“环境保护和经济共同发展”主题,这就需要我们寻找高效无污染的能源。其中,杂化钙钛矿太阳能电池材料由于其较低的制造成本、环境友好及较高的光电转换效率吸引了越来越多人的广泛关注与研究。但是,在实际的应用中,此电池还是存在不能在室外长期稳定等问题。因此通过掺杂和电子维度的控制等调控方法提高其光电性能是十分有意义的。针对三维纯无机
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近些年来,社会经济发展越来越迅速,人类对于能源的需求日益加大。为了进一步契合“环境保护和经济共同发展”主题,这就需要我们寻找高效无污染的能源。其中,杂化钙钛矿太阳能电池材料由于其较低的制造成本、环境友好及较高的光电转换效率吸引了越来越多人的广泛关注与研究。但是,在实际的应用中,此电池还是存在不能在室外长期稳定等问题。因此通过掺杂和电子维度的控制等调控方法提高其光电性能是十分有意义的。针对三维纯无机非铅双钙钛矿Cs2AgxCu1-xInyTb1-yCl6和Cs2Ag Bi Br6及其二维类似物Cs4Ag Bi Br8,本文基于第一性原理计算了其能带结构、态密度、有效质量、光吸收光谱、载流子迁移率及激子结合能并分析了其物理机理。获得了如下的研究结果:1.基于第一性原理,探究了三维纯无机双钙钛矿Cs2AgxCu1-xInyTb1-yCl6中金属元素不同的掺杂比例对电子及光学性能的影响。结果表明随着Cu或Tb原子的比例增加,钙钛矿的带隙值减小。其中,掺杂后的材料Cs2Ag0.25Cu0.75In0.75Tb0.25Cl6相比纯Cs2Ag In Cl6在红外区域拓宽了光探测范围,具有更强的光学吸收,有明显的红移现象。此外,载流子迁移率的计算结果表明Cs2Ag0.25Cu0.75In0.75Tb0.25Cl6的空穴迁移率显著提高,拥有更好的空穴传输性能。以上计算结果证明:不同浓度的金属原子的掺杂可以有效调控双钙钛矿的光电性能。2.对比研究了三维纯无机非铅双钙钛矿材料Cs2Ag Bi Br6及其二维类似物Cs4Ag Bi Br8的电子和光学性质的优缺点,并分析了导致其光电性能差异的原因。考虑了自旋轨道耦合的影响,其计算结果表明,Cs2Ag Bi Br6（3D）的带隙比其二维类似物Cs4Ag Bi Br8窄,进一步论证了Cs2Ag Bi Br6（3D）的载流子迁移率高于Cs4Ag Bi Br8（2D）。除此之外,Cs4Ag Bi Br8（2D）在可见光区域内光响应较差,可能是因为其几何结构限制了载流子沿c轴的输运。最后,激子结合能的计算结果显示了Cs4Ag Bi Br8（2D）具有更强的载流子重组能力,能加速电子-空穴对的重组,从而获得更强的光致发光光谱。以上计算证明了二维全无机RP结构双钙钛矿Cs4Ag Bi Br8将是一种潜在的光致发光应用候选材料,同时通过调控纯无机非铅双钙钛矿材料的电子维度可以有效调控器件的光电性能。
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