【摘 要】
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自2009年有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池首次提出以来,经过数十年的发展,这类电池的光伏效率大幅跃升超过了 23%,接近硅晶太阳能电池的最大效率。以CH3NH3PbI3为代表,它们有着长达百纳米到微米级别的载流子扩散长度、低的激子结合能、浅的主缺陷能级、高的光吸收性等优势。尽管这类钙钛矿太阳能电池具备一系列优异的特性,但它们的稳定性和铅毒性问题却是其实际运用的阻碍。在对可持续清洁能源需求日益增长的
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自2009年有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池首次提出以来,经过数十年的发展,这类电池的光伏效率大幅跃升超过了 23%,接近硅晶太阳能电池的最大效率。以CH3NH3PbI3为代表,它们有着长达百纳米到微米级别的载流子扩散长度、低的激子结合能、浅的主缺陷能级、高的光吸收性等优势。尽管这类钙钛矿太阳能电池具备一系列优异的特性,但它们的稳定性和铅毒性问题却是其实际运用的阻碍。在对可持续清洁能源需求日益增长的现代社会,发展更优质的太阳能利用器件已成了一个重要的科研和产业课题。基于密度泛函理论的第一性原理理论计算,我们研究了无铅钙钛矿 CH3NH3SnI3 和 A2SiX6（A=K、Rb、Cs,X=Cl、Br、I）的电子性质、光学性质和稳定性。取得了以下成果:一种六方结构的CH3NH3SnI3由于其特殊的结构,有着比立方相和四方相更大的能带带隙值,六方相的CH3NH3SnI3有着强烈的紫外光吸收性和可见光透光性,显示了作为紫外光过滤层应用在叠层光伏器件以及带有TiO2光伏器件的应用潜力,六方相的CH3NH3SnI3在-5%-5%应变下,仍旧保持着强的紫外光强吸收性。在A2SiX6（A=K、Rb、Cs,X=Cl、Br、I）这九种化合物中,K2SiI6、Rb2SiI6、Cs2SiI6有着适用于太阳能电池的直接带隙值,这三者均有着小的载流子有效质量。光学性质计算结果表明K2SiI6、Rb2SiI6、Cs2SiI6在可见光区存在特征吸收峰,吸收范围覆盖整个可见光区域,稳定性结果揭示了K2SiI6、Rb2SiI6、Cs2SiI6均具备结构和热力学稳定性,其中Rb2SiI6、Cs2SiI6还具备400 K温度下的动力学稳定性,揭示了它们在无铅钙钛矿太阳能电池上的发展潜力。
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