鈣鈦礦太陽電池材料結構設計與優(yōu)化.pdf

1、近年來，鈣鈦礦太陽電池因其制作工藝簡單、成本低、光電轉化效率高等優(yōu)點而引起了國內外研究者的廣泛關注。目前鈣鈦礦太陽電池的最高光電轉化效率已達到22.1％，其進一步發(fā)展有望解決太陽電池成本和效率的發(fā)展瓶頸。然而鈣鈦礦太陽電池的長期穩(wěn)定性和因含有重金屬元素鉛而對生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展不利等問題，嚴重制約其產業(yè)化發(fā)展。因此，鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性和鉛取代問題成為該類電池研究領域的重點。由于目前對鈣鈦礦型材料的結構與其穩(wěn)定性和光電性能關系研究相對缺乏，

2、因此限制了新型材料的合理設計和選擇。為深入揭示該類材料的元素組成、幾何結構、電子結構對其光電性能和穩(wěn)定性的影響規(guī)律，本文首先通過對ABX3型鈣鈦礦材料的A位、B位、X位各基團/原子的有序替換，探討各個位置基團對材料電子結構和穩(wěn)定性的影響規(guī)律;其次，通過對一種新型類鈣鈦材料MA3Bi2I9(MBI)的結構穩(wěn)定性和電子結構的理論計算，分析其對鉛取代的可行性;最后，系統分析了鈣鈦礦材料在潮濕環(huán)境中的穩(wěn)定性機理。
　　本論文的第一部分首先

3、對本工作的背景和研究現狀進行了系統總結。第二部分則主要對第一性原理計算方法本身以及計算軟件和參數進行了系統介紹。
　　第三到第五部分為論文主體。其中，第三部分基于密度泛函理論，以CH3NH3PbI3結構為基礎，通過CASTEP軟件建立ABX3結構模型并進行優(yōu)化;用第一性原理的計算方法，計算各體系的結構和電子性能等;對各體系的能帶結構、態(tài)密度、內聚能等的差異進行詳細分析。對X位上Cl、Br、I、擬鹵素進行摻雜計算，替換不同小分子基團

4、A和B位金屬陽離子，分別研究A、B、X位結構和元素的改變對ABX3型鈣鈦礦材料結構和電子性能的影響;
　　第四部分主要通過CASTEP軟件建立MBX模型并進行優(yōu)化，分析二維層狀類鈣鈦礦材料是否可作為鈣鈦礦太陽電池的吸光材料，并分析鹵素的改變對MBX類鈣鈦礦材料的結構和電子性能的影響。
　　第五部分通過VASP軟件研究MAPbI3、 FAPbI3和MAPbI3-CHONH3PbI3材料對水分子的吸附性能，分析其在濕氣環(huán)境中穩(wěn)定