钙钛矿太阳能电池光学性质的理论研究

发布时间：2020-10-17 06:50

　　 本论文对钙钛矿太阳能电池进行了第一性原理理论研究。本论文对钙钛矿CH_3NH_3PbI_3的毒性以及不稳定性,提出了科学有效的解决方法,又研究了钙钛矿衍生化合物,并研究了将钙钛矿材料从间接带隙转变为直接带隙的方法。本论文主要内容如下:(1)在以钙钛矿CH_3NH_3PbI_3为原型的基础上,采用与Pb元素性质相似的同族元素Ge元素,对材料中的Pb元素进行替换,并对替换之后的结构进行模拟计算,对其带隙值,电子性质和光学性质进行了系统的计算,结果表明,CH_3NH_3GeI_3具有合适的直接带隙值,以及较高载流子迁移率等优良的光学性质。(2)为了更加深入的研究Ge元素是否能有效地对Pb元素进行替换,并得到性质优良的钙钛矿太阳能电池吸收层材料,本文对CH_3NH_3GeI_3钙钛矿中I元素进行了替换后得到CH_3NH_3GeCl_3和CH_3NH_3GeBr_3,并对其相关性质进行系统研究比较。(3)研究了Cs_2BiAgCl_6和Cs_2BiAgBr_6双钙钛矿材料的电子性质及光学性质,采用施加应变的方式将其从间接带隙转变为直接带隙,通过大量的计算研究对其转变过程进行了研究,为得到更加优异的钙钛矿太阳能电池提供更多的理论支持。
【学位单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB34;TM914.4
【部分图文】：

加上合成方法简单，易封装，成成为了太阳能电池领域内一颗冉冉竞争者，钙钛矿太阳能电池CH3NH换效率发展迅速等优点。但钙钛矿推广，这是由于 Pb 是一种有毒元素bI3钙钛矿太阳能电池的稳定性也研人员经过勤奋努力，提出了很多及卤素的替换，也提出了很多类似H3NH3PbI3钙钛矿相媲美的化合物的性质[24]，但是由于 Sn 并不稳定优异的元素。针对这一方法，本文不同卤素进行替换并计算。为了进了和 CH3NH3PbI3钙钛矿结构相似的 CH3NH3PbI3相媲美乃至更好的钙

来检验优化后的模型结构。容忍因子 t 的计算来自于以下公式[57]： AXBXt r r /2r r（2.1）中，rA, rB和 rX是对于钙钛矿分子式 ABX3中对应原子的半径。本章中，之前的文章中的数据 MA+和 I-的有效半径，对 t 进行了计算，得出结果一般来说，t 在 0.97 1.03 的范围内可以达到经验上理想的钙钛矿结构。AGeI3的结构非常接近理想的钙钛矿结构。化之后得到的稳定的几何结构如图 2.1 所示，晶格常数列于表 2.1。为了的结果是否合理，我们通过分析 a，b，c 晶轴的势能面来达到目的。每个能曲线是通过固定其他方向的晶格参数来计算的。由于计算的结果显示的晶格常数的势能是最低的，所以可以得出结论，我们优化后的结果是MAGeI3的三种不同温度下的结构我们都进行了优化，并得出结果。可以们的研究成果和实验数据是可以相匹配的，和实验数据的相差在 1% ]。

矿 MAGeCl3的态密度图。(a) MAGeCl3低温状态下正交晶系结构温状态下四方晶系结构态密度，(c) MAGeCl3高温状态下立方晶系S structures of (a) orthorhombic, (b) tetragonal, (c) cubic phases o
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本文编号：2844446