张翱 张春秀 张春梅 田益民 闫君 孟涛†

1) (北京印刷学院基础部, 北京 102600)

2) (北京交通大学理学院, 微纳材料及应用研究所, 北京 100044)

采用第一性原理在MP2/aug-cc-PVTZ 水平下优化得到CH3NH3多聚体的几何构型, 发现多聚体中CH3NH3沿C-N轴取向, 多聚体随着CH3NH3数量增加有收缩趋势, 这有利于无机框架的结构稳定, 多聚体的总偶极矩随着CH3NH3数量线性增加, 这导致了CH3NH3PbI3异质结的强极化.CH3NH3多聚体中未配对电子分布在每个CH3NH3的NH3-端, 轨道能量在-4.4--3.2 eV之间.计算静电势矢量场发现具有强亲电性, NH3-端比CH3-端有更强的亲电性, CH3NH3单体和CH3NH3多聚体具有弱亲电性和亲核性, CH3NH3多聚体的形成有效地减少CH3NH3与无机[PbI3]-框架之间的非谐振声子振动模式, 这有利于提高CH3NH3PbI3异质结中载流子传输.电场作用下CH3NH3五聚体中未配对电子通过量子跃迁机制沿着C-N轴发生转移, 施加不同方向电场电子的转移效率是不一样的, 转移电子数量随着电场强度增加而增加, 通过这样的跃迁机制在外电场作用下电子很容易注入CH3NH3PbI3形成CH3NH3多聚体.这些计算结果将有助于更深刻地理解有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池高光电转换效率的根源.

1 引 言

有机-无机杂化钙钛矿(如CH3NH3PbI3, CH3NH3PbI3-xClx等)是一种很有前途的太阳能电池材料, CH3NH3PbI3作为高性能太阳能电池的光吸收层具有优异的光电性能[1-4].单晶和多晶薄膜的CH3NH3PbI3都具有载流子寿命长和扩散长度长的特点[5-10], 然而它的载流子迁移率却十分适中[11].通过几种不同的实验技术测量单晶和多晶的CH3NH3PbI3载流子迁移率范围在1-100 cm2·V-1·s-1之间[12,13], 这……