范建東&李聞?wù)蹵CS：碘溴有序CsPbI? –xBrx晶體中間體調(diào)控獲得太陽(yáng)能電池中高質(zhì)量全無(wú)機(jī)鈣鈦礦薄膜

發(fā)表時(shí)間：2025-12-24 10:53

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主要內(nèi)容

銫基全無(wú)機(jī)鹵化鉛鈣鈦礦材料 CsPbX? (X = I, Br, Cl)具有較寬的帶隙，是**應(yīng)用前景的光電子材料，被廣泛用于疊層太陽(yáng)能電池的構(gòu)筑。然而，碘溴混合型鈣鈦礦CsPbI? –xBrx 仍面臨穩(wěn)定性難題：在紫外光照或高溫條件下，鹵離子偏析會(huì)誘發(fā)材料發(fā)生相變與分解。

針對(duì)這一問(wèn)題，暨南大學(xué)范建東和李聞?wù)艿热颂岢隽?“單晶中間體調(diào)控 - 理論模擬驗(yàn)證” 的協(xié)同策略。研究團(tuán)隊(duì)首先合成了一系列具有碘溴有序分布特征的二甲基銨鉛碘溴單晶材料DMAPbI?–xBrx (x = 0.1, 0.15, 0.2, 0.3, 0.6)，并將該單晶中間體引入鈣鈦礦前驅(qū)體中，成功制備出兼具高穩(wěn)定性與低缺陷態(tài)密度的高質(zhì)量CsPbI? –xBrx薄膜；團(tuán)隊(duì)同時(shí)對(duì)高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜的形成動(dòng)力學(xué)進(jìn)行原位表征，提出了可能的反應(yīng)機(jī)理。

為從原子尺度揭示薄膜穩(wěn)定性提升的內(nèi)在機(jī)制，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了 7×3×3 規(guī)格的鈣鈦礦晶體超胞模型，通過(guò)移除某一鹵素八面體中的單個(gè)碘原子，在鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)中心引入碘空位(VI)缺陷。針對(duì)碘空位遷移路徑的能量分布，研究通過(guò)提取遷移路徑起點(diǎn)至終點(diǎn)間等間距位點(diǎn)的能量值，完成對(duì)遷移路徑能量分布的模擬表征；結(jié)構(gòu)弛豫與總能量的計(jì)算工作均借助 CASTEP 軟件完成，考慮到碘空位的遷移行為，所構(gòu)建的鈣鈦礦模型帶電量為+1。缺陷模型的總能量計(jì)算采用廣義梯度近似（GGA）下的 Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）交換關(guān)聯(lián)泛函；對(duì)對(duì)照組模型與目標(biāo)缺陷模型均進(jìn)行結(jié)構(gòu)弛豫處理，弛豫過(guò)程采用 1×1×1 Monkhorst-Pack k 點(diǎn)網(wǎng)格采樣，直至受力收斂判據(jù)的絕對(duì)值收斂至1 × 10 ?? Hartree/Bohr 以內(nèi)。

最終，得益于上述策略，所制備的太陽(yáng)能電池不僅光電轉(zhuǎn)換效率得到提升，熱穩(wěn)定性也顯著增強(qiáng)。該研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)控與理論模擬的結(jié)合，為鹵化物混合鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的持續(xù)發(fā)展提供了兼具可行性與創(chuàng)新性的全新技術(shù)路徑。