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ACSEnergyLettters:新型无毒钛基双钙钛矿型光伏材料的预测和验证|pp电子

发布日期:2021-10-25 06:51浏览次数:
本文摘要:章节钙钛矿是一类具备高度平面的密切冲刷结构的材料,由于其化学和物理性质的多样性,在过去的数十年中已被普遍研究。近几年来,基于无机有机杂化钙钛矿的太阳能电池更有了前所未有的注目,多晶薄膜钙钛矿光伏器件的功率切换效率早已多达22.1%。 但是目前杂化钙钛矿材料的稳定性十分劣,当曝露在光照下以及在加热或者与水/氧气认识的情况下很更容易在短时间内水解过热。另外,目前主流的杂化钙钛矿材料(CH3NH3PbI3)所含剧毒的轻金属元素铅,不仅将污染环境,也不会伤害人的身体健康。

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章节钙钛矿是一类具备高度平面的密切冲刷结构的材料,由于其化学和物理性质的多样性,在过去的数十年中已被普遍研究。近几年来,基于无机有机杂化钙钛矿的太阳能电池更有了前所未有的注目,多晶薄膜钙钛矿光伏器件的功率切换效率早已多达22.1%。

但是目前杂化钙钛矿材料的稳定性十分劣,当曝露在光照下以及在加热或者与水/氧气认识的情况下很更容易在短时间内水解过热。另外,目前主流的杂化钙钛矿材料(CH3NH3PbI3)所含剧毒的轻金属元素铅,不仅将污染环境,也不会伤害人的身体健康。这些问题相当严重制约了钙钛矿光伏器件的大规模商业应用于。

为了解决问题这些问题,基于有毒元素并兼备较高的结构稳定性的无机无铅钙钛矿已被引进到钙钛矿太阳能电池领域,并且引发了研究人员很大的注目。成果概述北京时间2018年1月,美国内布拉斯加林肯大学的XiaoChengZeng教授,布朗大学的YuanyuanZhou教授以及NitinPadture教授(联合通讯作者)合作在ACSEnergyLetters在线公开发表了“Earth-AbundantNontoxicTitanium(IV)-basedVacancy-OrderedDoublePerovskiteHalideswithTunable1.0to1.8eVBandgapsforPhotovoltaicApplications”研究论文,并且被选为ACSEditors'Choice。该工作利用第一原理理论计算出来同时融合实验,用于四价态钛作为金属阳离子代替二价态铅,对于一系列的钙钛矿衍生物材料展开了深入研究,找到Cs2TiI6-xBrx展出了较好的光电性质,很有期望沦为出色的太阳能电池吸取层材料。

美国内布拉斯加林肯大学博士后Ming-GangJu和布朗大学博士生MinChen为文章联合第一作者。图文简介图一,通过对于一些佩的A2TiI6的电子结构的计算出来得出结论了有可能的带隙,找到当A原子是Cs的时候带上隙更为适合,吸光能力也较强。

图二,针对有可能的分解成产物展开了化学势的计算出来,同时针对有可能的缺失态醒来了计算出来,获得该Cs2TiI6更为平稳并且呈现出N型的特征。图三,实验制备Cs2TiI6-xBrx,找到其带上隙覆盖面积1.0-1.8eV的区域,是太阳能电池吸光层材料的理想带上隙。图四,通过对于Cs2TiI6-xBrx电子结构和带隙的计算出来检验了上述吸收光谱。图五,首先通过AIMD仿真Cs2TiI6-xBrx系列的稳定性,通过对于稳定性的一列实验(热稳,473K,一小时;湿稳,70%RH,298K),找到Cs2TiI6-xBrx呈现出了较好的稳定性。

小结作者首先利用第一原理理论计算出来对于一系列无铅不含钛双钙钛矿卤化物材料展开了深入研究。通过计算出来这些钙钛矿材料的带隙和光吸收序,找到Cs2TiI6-xBrx钙钛矿具备适合的定必要带上隙(在1.0-1.8eV的最佳光切换效率范围内)以及十分好的光学吸取性能。

更进一步的研究找到它们也具备较好的稳定性和载流子迁入性能。基本以上的预测,我们制备了一系列的无铅不含钛双钙钛矿卤化物材料。其具备较好的稳定性以及吸光性能。这些优良的性质使这种材料很有期望沦为出色的太阳能电池吸取层材料。


本文关键词:ACSEnergyLettters,新型,pp电子,无毒,钛基双,钙钛,矿型

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