【摘 要】
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近些年,金属卤化物钙钛矿的变体空位有序双钙钛矿A2BX6已经被研究者大规模的研究,并且在光电子器件和热电器件中有着广泛的应用。同时,钙钛矿太阳能电池因其易于制备,成本低廉的优势受到科学界的广泛关注。到目前为止,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已由最初的3.8%增长到25.5%,即将赶超硅电池。然而目前大多数钙钛矿太阳能电池的光吸收层都是由具有毒性的铅元素构成的,会对环境造成不可逆转的伤害。因此在本项
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近些年,金属卤化物钙钛矿的变体空位有序双钙钛矿A2BX6已经被研究者大规模的研究,并且在光电子器件和热电器件中有着广泛的应用。同时,钙钛矿太阳能电池因其易于制备,成本低廉的优势受到科学界的广泛关注。到目前为止,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已由最初的3.8%增长到25.5%,即将赶超硅电池。然而目前大多数钙钛矿太阳能电池的光吸收层都是由具有毒性的铅元素构成的,会对环境造成不可逆转的伤害。因此在本项研究中,我们主要使用钯元素全替换铅元素,针对无毒性的钙钛矿进行理论与实验研究。在本研究中,我们使用PBE和HSE泛函进行了第一性原理计算,系统的研究了空位有序双钙钛矿Cs2PdBrxC16-x（x=0,1,2-6）的电子结构、光学性质、可能的本征缺陷以及形成能。计算结果显示出所研究的七种化合物都具有直接带隙。通过计算能带结构发现,当Br原子被C1原子取代时,Cs2PdBrxCl6-x的带隙将逐渐从1.566 eV（Cs2PdBr6）增加到2.675 eV（Cs2PdC16）。相应的,这些化合物的吸收曲线随着C1原子数的增加而逐渐蓝移,从而在紫外区获得更高的吸收系数。态密度计算表明,导带是由Pd原子的4d轨道与卤素原子的最外层p轨道杂化而成的,而价带主要由卤素原子的最外层p轨道组成。缺陷计算表明,卤素原子的空位缺陷形成能较低,费米能级钉扎在价带最大值（VBM）附近。此外,我们也进行了 Cs2PdBr6钙钛矿的合成,发现其具有八面体结构,晶粒尺寸约为10μm,吸收峰位于475 nm处,实验结果证实了这种材料在可见光波段的吸收与计算的预测几乎完全一致。实验和计算结果同时表明,空位有序双钙钛矿Cs2PdBrxC16-x（x=0,1,2…6）具有良好的吸收系数,是探索高吸收效率的无铅太阳能电池的理想选择。随后通过对Cs2PdBr6的本征缺陷的计算,发现在Pd元素浓度含量较高的条件下,Br原子的空位缺陷可以自发形成,同时它在所有施主缺陷中具有最低的形成能,而在Pd元素浓度含量较低的条件下,施主缺陷的形成能增大,而受主缺陷的形成能减小,样品成为p型导体材料。因而可以通过减少空位有序双钙钛矿Cs2PdBr6中Br原子的空位缺陷数量来降低缺陷引起的Cs2PdBr6光电性能的下降。
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