刘娜 危阳 马新国 祝林 徐国旺 楚亮 黄楚云

1)(湖北工业大学理学院,武汉 430068)

2)(湖北工业大学,太阳能高效利用湖北省协同创新中心,武汉 430068)

3)(南京邮电大学理学院,南京 210046)

钙钛矿APbI3结构稳定性及光电性质的理论研究∗

刘娜1)危阳1)马新国1)2)†祝林1)徐国旺1)2)楚亮3)黄楚云1)2)‡

1)(湖北工业大学理学院,武汉 430068)

2)(湖北工业大学,太阳能高效利用湖北省协同创新中心,武汉 430068)

3)(南京邮电大学理学院,南京 210046)

(2016年7月29日收到;2016年12月4日收到修改稿)

采用基于色散修正的平面波超软赝势方法研究了钙钛矿材料APbI3结构中四种阳离子Cs+,NH+4,MA+,FA+分别处于A位时,其结构的稳定性、电子结构及光学性质.研究结果显示受阳离子种类和尺寸的影响,PbI基体骨架发生不同程度的扭曲,A位置阳离子(除Cs+外)半径越大,其与PbI基体骨架之间的作用力越强,在MAPbI3和FAPbI3中PbI6八面体显示出较大的电偶极矩.计算得出的能带结构表明,四种体系在费米能级附近的能带相似,即价带顶均由I 5p轨道组成,导带底由Pb 6p轨道和部分I 5p轨道杂化而成.电子结构和光学性质的差异主要源于PbI6八面体结构的扭曲.在四种结构体系中,CsPbI3显示出最窄的直接带隙、最小载流子有效质量和较强的光吸收能力.这些结果可为进一步深入研究钙钛矿材料在太阳能电池领域的应用提供理论指导.

钙钛矿结构材料,结构稳定性,电子结构,第一性原理

1 引 言

钙钛矿太阳能电池是基于染料敏化太阳能电池发展起来的一种新型太阳能电池,具有光电转换效率较高、制……