FA1–xCsxPbI3–yBry钙钛矿材料优化及太阳电池性能计算

• 作者: 卢辉东 韩红静 刘杰
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 第一性原理 电子结构 光电性质 钙钛矿太阳电池
• 年，卷（期）: 2021,（3）
• 所属期刊栏目: 凝聚物质:结构、力学和热学性质
• 页码范围: 199-207
• 页数: 9页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.70.20201387

摘要

甲脒铅碘钙钛矿(FAPbI3)因其优异的光电性能而成为新兴太阳电池最具潜力的候选材料,但是稳定性较差成为制约其发展的主要瓶颈.通过离子掺杂可以有效地改善FAPbI3的稳定性,如通过共掺杂Cs+和Br–形成FA1–xCsxPbI3–yBry钙钛矿材料,其耐热及耐水稳定性得到显著改善.本文利用第一性原理计算了FA1–xCsxPbI3–yBry(x=0.125,y=0—0.6)体系的几何结构、电子结构和光学性质.通过分析发现Cs+和Br–的掺入使得体系能量降低,FA0.875Cs0.125PbI2.96 Br0.04最稳定.利用等效光学导纳法模拟计算了平面结构钙钛矿太阳电池的吸收率、载流子收集效率、外量子效率、短路电流密度、开路电压和伏安特性.对于FA1–xCsxPb I3–yBry钙钛矿太阳电池,当x=0.125,y=0.04,厚度为0.5—1.0μm时,电池的短路电流密度均为24.7 mA·cm–2,开路电压为1.06 V.结果表明Cs+和Br–的共掺杂在没有降低电池短路电流的同时提高了体系的稳定性,可为实验上制备高效稳定的钙钛矿太阳电池提供理论参考.