陈永生，李文标，刘 萍，杨仕娥

(1. 郑州大学 物理学院 河南 郑州 450001； 2. 中原工学院 电子信息学院 河南 郑州 450007)

0 引言

近年来，有机-无机杂化的钙钛矿材料如CH3NH3PbI3等，成为低成本、高效率太阳电池制备中的明星材料[1]，目前该类太阳电池的光电转换效率达到25.2%[2]。然而，由于材料组分中的Pb具有毒性[3]，且有机物质具有高吸湿性和高挥发性[4]，一些研究者开始将目光转向无Pb的无机钙钛矿材料[5]。其中用离子半径较大的Cs+替代有机离子，同时用Sn替代同一主族的Pb以得到CsSnI3钙钛矿材料，成为该领域材料设计和制备中的理想选择。实验上，以CsSnI3钙钛矿为光吸收层的薄膜太阳电池已获得了超过10%的光电转换效率[6]。

研究发现，CsSnI3材料有四种不同的晶体结构[7]，其中三种呈黑色，分别为立方相(α相)、四方相(β相)和正交相(γ相)钙钛矿结构，三者之间的相变温度依次为426 K和351 K。黑色的钙钛矿相具有良好的光电性能，如高的光吸收系数[8]和高的载流子迁移率[9]，可用作太阳电池的光吸收层。另一种结构的CsSnI3材料呈黄色，故称为黄相(Y相)。在室温下，当黑色的CsSnI3薄膜暴露在潮湿的空气中，会很快变为黄色[10]，表明CsSnI3薄膜发生了相变，相变后薄膜的光吸收性能显著下降，这将导致太阳电池器件的性能下降，寿命减少。在理论研究方面，Yu等[11]研究了CsSnI3三种黑色相的相变温度，预言α相在任何温度都是不稳定的，仅作为一种中间相存在；Silva等[12]利用准简谐近似研究了四种不同相CsSnI3的晶格动力学，发现四方和立方结构的钙钛矿相中均出现了软声子膜；……