A 2 BNiX 6 型双钙钛矿分子光电性质的第一性原理研究
发布时间：2021-11-26 04:43
A2BB′X6型双钙钛矿分子材料由于其结构稳定、性质优异、成本低廉等优点受到了人们的广泛关注,具有无毒、环境稳定性高等特点,同时也成为目前太阳能电池研究领域的热点。为了筛选优质的双钙钛矿分子,本文采用密度泛函理论设计了10种A2BNiX6型双钙钛矿分子。研究了分子的结构稳定性、电子性质和光学性质,分析了不同位置的元素对其能带和光学性质的影响。研究结果表明,A2BNiX6型双钙钛矿都是直接带隙,非常有利于可见光的吸收。尤其是X位置为F原子的A2BNiF6的4种双钙钛矿带隙值为1.52～1.69 eV,非常适合作为光吸收材料。光学性质研究表明,A2BNiF6双钙钛矿是一种透明材料,在透明发光材料方面具有广泛的应用前景。尽管相对于杂化泛函存在一定误差,但这些研究为双钙钛矿太阳能电池的吸光材料提供了理论支持。
【文章来源】：人工晶体学报. 2020,49(04)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图1 双钙钛矿太阳能电池工作原理
式中,RA,RB和RX分别是钙钛矿ABX3中相应离子的半径。综合之前文章的数据,一般t和μ同时满足0.81<t<1.11和0.41<μ<0.9时,物质可形成稳定的钙钛矿结构[21-25]。通过评估这些参数来判定双钙钛矿的稳定性,考虑到B+和B3+不同位置的半径差异,用B+和B3+的平均半径作为RB。如表1可知,本文所计算的十种A2BNiX6双钙钛矿的八面体因子和容差因子都在卤化双钙钛矿的理想范围之内,与CH3NH3PbI3的相应值(t=0.83,μ=0.54)相差不大,说明这10种双钙钛矿在理论情况下是可以稳定存在的,这也使得研究其电子性质和光学性质有了实际意义。由表中数据可知,随着X从F到Br依次替换,离子半径随之增大,t和μ的值整体呈下降趋势。很直观地,容差因子和八面体因子可以一定程度上反应双钙钛矿结构离子间距关系,数值过大或过小,很容易造成双钙钛矿发生相变,从而导致稳定性的变化[26-30]。考虑到如果仅仅一个八面体因子和容差因子可能不够充分,确定一个材料的稳定性还需要计算其分解晗、分子动力学和声子谱来确定。但是由于计算量较大,八面体体因子和容差因子还是有很强的参考意义。
图3(a)是A2BNiX6型双钙钛矿的吸收系数的曲线。可以看到,A2BNiX6型双钙钛矿在可见光范围内,系数在300 nm处都有一个吸收峰,说明其对紫外线的吸收作用较大。由曲线可以看出,A2BNiF6型双钙钛矿在450～800 nm处吸收几乎为0,吸收系数很低,对可见光吸收作用小,因此A2BNiF6型双钙钛矿是趋近于透明的。A2BNiCl6型双钙钛矿在470 nm处还有个小的吸收峰,A2BNiBr6型双钙钛矿在550 nm处有个小的吸收峰,说明对于A2BNiX6型双钙钛矿,X位置的元素对于在400～800 nm处的吸收存在一定的影响。图3(b)给出A2BNiX6型双钙钛矿的折射率曲线。A2BNiCl6型双钙钛矿及A2BNiBr6型双钙钛矿的折射率曲线形态相近,数值有轻微差别。A2BNiF6型双钙钛矿曲线在可见光范围450～800 nm内折射率较小,与水的折射率1.33相近。这也同样说明,A2BNiF6型双钙钛矿薄片应在可见光是趋近于透明的。图3(c)给出了A2BNiX6型双钙钛矿的反射率曲线。在可见光波段内A2BNiCl6型双钙钛矿及A2BNiBr6型双钙钛矿材料的反射率曲线维持在0.07～0.16左右,证明其可以反射约7%～16%的入射光,并呈现出较弱的金属光泽。而A2BNiF6型双钙钛矿在可见光波段的值约0.02～0.08,故应为暗淡无金属光泽的。图3(d)给出A2BNiX6型双钙钛矿的消光系数曲线,它们的消光系数曲线均在可见光范围内300 nm左右达到最高值,A2BNiCl6型双钙钛矿及A2BNiBr6型双钙钛矿在450～600 nm处又出现个峰值,之后A2BNiF6型双钙钛矿随着入射光波长增加趋近于0,说明随着入射光光波长的增加,越来越趋于透明[40-42]。3 结 论
【参考文献】：
期刊论文
[1]钙钛矿材料组分调控策略及其光电器件性能研究进展[J]. 陈薪羽,解俊杰,王炜,袁慧慧,许頔,张焘,何云龙,沈沪江. 化学学报. 2019(01)
[2]含苯并噻二唑的吩噻嗪染料分子的设计合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用[J]. 潘彬,朱义州,邱昌娟,王冰,郑健禺. 化学学报. 2018(03)
[3]钙钛矿太阳能电池近期进展[J]. 柴磊,钟敏. 物理学报. 2016(23)
[4]平面异质结有机-无机杂化钙钛矿太阳电池研究进展[J]. 王福芝,谭占鳌,戴松元,李永舫. 物理学报. 2015(03)
[5]Ni-B非晶态合金局域结构和电荷转移性质的理论研究[J]. 罗成,沈百荣,方志刚,范康年,邓景发,刘洪霖. 化学学报. 2000(08)
本文编号：3519418
【文章来源】：人工晶体学报. 2020,49(04)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图1 双钙钛矿太阳能电池工作原理
式中,RA,RB和RX分别是钙钛矿ABX3中相应离子的半径。综合之前文章的数据,一般t和μ同时满足0.81<t<1.11和0.41<μ<0.9时,物质可形成稳定的钙钛矿结构[21-25]。通过评估这些参数来判定双钙钛矿的稳定性,考虑到B+和B3+不同位置的半径差异,用B+和B3+的平均半径作为RB。如表1可知,本文所计算的十种A2BNiX6双钙钛矿的八面体因子和容差因子都在卤化双钙钛矿的理想范围之内,与CH3NH3PbI3的相应值(t=0.83,μ=0.54)相差不大,说明这10种双钙钛矿在理论情况下是可以稳定存在的,这也使得研究其电子性质和光学性质有了实际意义。由表中数据可知,随着X从F到Br依次替换,离子半径随之增大,t和μ的值整体呈下降趋势。很直观地,容差因子和八面体因子可以一定程度上反应双钙钛矿结构离子间距关系,数值过大或过小,很容易造成双钙钛矿发生相变,从而导致稳定性的变化[26-30]。考虑到如果仅仅一个八面体因子和容差因子可能不够充分,确定一个材料的稳定性还需要计算其分解晗、分子动力学和声子谱来确定。但是由于计算量较大,八面体体因子和容差因子还是有很强的参考意义。
图3(a)是A2BNiX6型双钙钛矿的吸收系数的曲线。可以看到,A2BNiX6型双钙钛矿在可见光范围内,系数在300 nm处都有一个吸收峰,说明其对紫外线的吸收作用较大。由曲线可以看出,A2BNiF6型双钙钛矿在450～800 nm处吸收几乎为0,吸收系数很低,对可见光吸收作用小,因此A2BNiF6型双钙钛矿是趋近于透明的。A2BNiCl6型双钙钛矿在470 nm处还有个小的吸收峰,A2BNiBr6型双钙钛矿在550 nm处有个小的吸收峰,说明对于A2BNiX6型双钙钛矿,X位置的元素对于在400～800 nm处的吸收存在一定的影响。图3(b)给出A2BNiX6型双钙钛矿的折射率曲线。A2BNiCl6型双钙钛矿及A2BNiBr6型双钙钛矿的折射率曲线形态相近,数值有轻微差别。A2BNiF6型双钙钛矿曲线在可见光范围450～800 nm内折射率较小,与水的折射率1.33相近。这也同样说明,A2BNiF6型双钙钛矿薄片应在可见光是趋近于透明的。图3(c)给出了A2BNiX6型双钙钛矿的反射率曲线。在可见光波段内A2BNiCl6型双钙钛矿及A2BNiBr6型双钙钛矿材料的反射率曲线维持在0.07～0.16左右,证明其可以反射约7%～16%的入射光,并呈现出较弱的金属光泽。而A2BNiF6型双钙钛矿在可见光波段的值约0.02～0.08,故应为暗淡无金属光泽的。图3(d)给出A2BNiX6型双钙钛矿的消光系数曲线,它们的消光系数曲线均在可见光范围内300 nm左右达到最高值,A2BNiCl6型双钙钛矿及A2BNiBr6型双钙钛矿在450～600 nm处又出现个峰值,之后A2BNiF6型双钙钛矿随着入射光波长增加趋近于0,说明随着入射光光波长的增加,越来越趋于透明[40-42]。3 结 论
【参考文献】：
期刊论文
[1]钙钛矿材料组分调控策略及其光电器件性能研究进展[J]. 陈薪羽,解俊杰,王炜,袁慧慧,许頔,张焘,何云龙,沈沪江. 化学学报. 2019(01)
[2]含苯并噻二唑的吩噻嗪染料分子的设计合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用[J]. 潘彬,朱义州,邱昌娟,王冰,郑健禺. 化学学报. 2018(03)
[3]钙钛矿太阳能电池近期进展[J]. 柴磊,钟敏. 物理学报. 2016(23)
[4]平面异质结有机-无机杂化钙钛矿太阳电池研究进展[J]. 王福芝,谭占鳌,戴松元,李永舫. 物理学报. 2015(03)
[5]Ni-B非晶态合金局域结构和电荷转移性质的理论研究[J]. 罗成,沈百荣,方志刚,范康年,邓景发,刘洪霖. 化学学报. 2000(08)
本文编号：3519418
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