【摘 要】
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钙钛矿太阳电池有能量转换效率高和成本低等优势,近年来发展迅速。目前,钙钛矿太阳电池的光电转换效率（PCE）已达到25.7%。其中,全无机钙钛矿太阳电池因具有优异的稳定性,已成为钙钛矿太阳电池研究的新热点,具有良好的商业前景。在各类全无机钙钛矿材料体系中,Cs基钙钛矿太阳电池的研究备受青睐。本论文通过对比不同卤素比例的Cs基钙钛矿材料的特征,选取了 CsPbIBr2作为研究对象;基于第一性原理计算,
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钙钛矿太阳电池有能量转换效率高和成本低等优势,近年来发展迅速。目前,钙钛矿太阳电池的光电转换效率（PCE）已达到25.7%。其中,全无机钙钛矿太阳电池因具有优异的稳定性,已成为钙钛矿太阳电池研究的新热点,具有良好的商业前景。在各类全无机钙钛矿材料体系中,Cs基钙钛矿太阳电池的研究备受青睐。本论文通过对比不同卤素比例的Cs基钙钛矿材料的特征,选取了 CsPbIBr2作为研究对象;基于第一性原理计算,研究了不同电子传输层（ETL）材料（TiO2、SnO2、ZnO）对ETL/CsPbIBr2界面的结构弛豫、电场和电子结构等性质的影响,并比较了不同ETL/CsPbIBr2界面的能带匹配和电子传输性能。然后探讨了钙钛矿Sn掺杂对TiO2/CsPbIBr2界面电子结构性质的影响,并对比了不同掺杂方式（Sn梯度掺杂和Sn均匀掺杂）对界面电场和能带匹配的影响机制和规律。主要研究内容如下:对钙钛矿材料CsPbIBr2及电子传输层材料TiO2、SnO2、ZnO原胞进行建模,并构建了 TiO2/CsPbIBr2、SnO2/CsPbIBr2和 ZnO/CsPbIBr2 的异质结界面模型;基于密度泛函理论（DFT）对ETL/CsPbIBr2界面结构和电子性质进行了第一性原理计算。计算结果表明电子传输层材料的选取对界面电子结构性质具有较大的影响:TiO2/CsPbIBr2和SnO2/CsPbIBr2界面结合能更大,拥有更好的界面稳定性,ZnO/CsPbIBr2界面由于较大的形变导致其稳定性较差;TiO2/CsPbIBr2会形成高效的界面电场,有利于电子注入,可以有效的分离电子-空穴对,SnO2/C sPbIBr2界面电荷转移较弱,ZnO/CsPbIBr2界面电荷集聚不利于界面电荷传输;进一步的态密度分析表明,TiO2/CsPbIBr2异质结界面具有更合适的能级匹配,因而更有利于界面电子的提取。后续以TiO2/C sPbIBr2界面为研究对象,对CsPbIBr2进行了梯度Sn掺杂和均匀Sn掺杂,构建了 Sn掺杂的TiO2/C sPbIBr2异质结界面模型;基于第一性原理计算,比较了不同掺杂方式带来的差异,探讨了 Sn掺杂对TiO2/CsPbIBr2界面电子结构性质的影响。结果表明:与均匀掺杂模型相比,梯度掺杂模型界面稳定性更高,界面传输效率更高;Sn掺杂的TiO2/CsPbIBr2具有连续且一致的能级梯度;界面电荷位移出现强极化,可以加速界面载流子的分离;更多的电子从钙钛矿侧注入到电子传输层中,从而改善CsPbIBr2钙钛矿太阳电池的光电性能,并且通过在界面处梯度掺杂产生的梯度效应产生更大的界面电场,更有助于界面电荷的提取。
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