【摘 要】
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近年来,有机-无机卤化物钙钛矿因为它特有的优异性能得到了学术界人员的广泛关注,例如高光吸收系数、高载流子迁移率、高开路电压、载流子复合率较低以及具有可调节的禁带宽度。自2009年首次报道有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）的文章发表以来,钙钛矿太阳能电池（PSCs）的功率转换效率（PCEs）已从3.8%上升到目前已经认证的25.7%。最为突出的是ABX3型杂化钙钛矿,例如CH3NH3Pb
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近年来,有机-无机卤化物钙钛矿因为它特有的优异性能得到了学术界人员的广泛关注,例如高光吸收系数、高载流子迁移率、高开路电压、载流子复合率较低以及具有可调节的禁带宽度。自2009年首次报道有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）的文章发表以来,钙钛矿太阳能电池（PSCs）的功率转换效率（PCEs）已从3.8%上升到目前已经认证的25.7%。最为突出的是ABX3型杂化钙钛矿,例如CH3NH3Pb I3（MAPb I3）和CH（NH2）2Pb I3（FAPb I3）,因为适合的物理化学性质和相比于其他钙钛矿太阳能电池材料较为低廉的制作成本,已经被看作是一种优越的光伏材料,也是最有可能实现工业量产的材料之一。然而,以MAPb I3和FAPb I3为代表的这类有机无机杂化卤化物钙钛矿材料中Pb的毒性和稳定性是最为紧迫的挑战。Pb作为一种重金属材料,对人体安全和环境保护问题都会产生严重的负面影响,但是Pb原子在钙钛矿效率方面有着卓越的贡献,人们还没有发现可以完全替代Pb原子同时达到Pb基钙钛矿效率的元素。钙钛矿大多是由基于溶液的制备工艺制作,因此极易产生缺陷,特别是表面的点缺陷,严重影响材料稳定性。本文针对材料稳定性这一重要问题入手展开了计算研究,引入超卤素BF4来解决有机无机卤化物FAPb I3钙钛矿和MAPb I3钙钛矿材料稳定性低这一热点问题。具体工作如下:本文基于密度泛函理论的第一性原理,计算材料的物理性质。首先,对FAPb I3钙钛矿和MAPb I3钙钛矿材料结构性质、电子性质和光学性质进行了研究。为了研究超卤素BF4对钙钛矿表面缺陷密度的影响,用BF4取代FAPb I3和MAPb I3钙钛矿表面的I原子,通过计算BF4的掺杂形成能,有机阳离子的空位形成能,以及对电子性质,光学性质的计算分析,研究超卤团簇表面改性对钙钛矿稳定性及光电性质的影响。研究结果表明超卤团簇BF4具有极强的电负性,可以增强与周围Pb离子和有机阳离子（FA/MA）之间的相互作用,提高化学键能,有效提高FA和MA有机阳离子的空位形成能,从而抑制FA和MA空位的产生,理论预言了超卤团簇BF4可以起到稳定钙钛矿表面的良好效果,这为制造出高稳定性的钙钛矿太阳能电池提供了一条可行之路。
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