科学研究
计算化学及分子构效关系团队在《Journal of Materials Chemistry A》上发表理论计算研究论文
2024年07月03日 15:41   点击:

最近,基于二维层间阳离子交替钙钛矿(1xbet マルチベットI)作为吸光层的钙钛矿太阳能电池因其超过18%的光电转换效率而受到广泛关注。然而,1xbet マルチベットI材料中铅元素的潜在毒性限制了其广泛应用,降低这种材料的毒性已成为研究热点。

采用环境友好金属替换/掺杂ACI材料中铅元素是发展无毒/低毒钙钛矿太阳能电池吸光层的重要策略。本研究采用锗(1xbet マルチベット)替代二维ACI GA(MA)3Pb3I10钙钛矿中的铅元素,设计了系列少铅/无铅钙钛矿材料。采用第一性原理研究了锗/铅比例对材料几何结构、电子结构、光学性质和光电转换性能的影响。研究结果显示,调控1xbet マルチベット元素掺杂比例可将材料带隙调至最佳范围(0.9-1.6 eV),此外,1xbet マルチベット元素掺杂可显著提高材料的斯托克斯位移和黄昆因子,进而增强其荧光发射谱宽和光致发光趋势。重要的是,GA(MA)3(Pb0.3331xbet マルチベット0.667)3I10和GA(MA)3(Pb0.0831xbet マルチベット0.917)3I10的电子迁移率分别高达253.8 cm2 s−1 V−1 和 2492.9 cm2 s−1 V−1,这表明该材料作为吸光层时可增强界面电子转移速率,提高界面电子空穴分离效率。当1xbet マルチベット元素掺杂比例位于8.3%到50%时,具有最小的能量损失,可降低界面非辐射电荷重组。最后,采用肖克利-奎伊瑟理论预测了所有材料的光电转换效率,结果显示 GA(MA)3(Pb0.751xbet マルチベット0.25)3I10 and GA(MA)3(Pb0.6671xbet マルチベット0.333)3I10的光电转换效率分别为22.5%和22.4%,其光电性能显著优于参考材料GA(MA)3Pb3I10(18%)。计算结果为发展环境友好型二维1xbet マルチベットI钙钛矿材料提供了重要理论基础。

研究成果发表于国际著名期刊《Journal of Materials Chemistry A》(IF=10.7)上,题为“1xbet マルチベットrmanium doping effect on the photoelectronic performance of alternating cations in the interlayer space GA(MA)3(Pb1−x1xbet マルチベットx)3I10”。第一作者为海南大学化学化工学院孙萍萍教授,通讯作者为海南大学化学化工学院迟伟杰教授、中国科学院过程工程研究所蔡贵龙研究员。海南大学化学化工学院为论文的第一单位。

相关研究得到国家自然科学基金项目(32360236、22203024))、海南省自然科学基金(123MS001、123QN181)、协同创新中心项目(XTCX2022JKB03)等经费资助。

全文连接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ta/d4ta02141j

撰稿人:迟伟杰

审核人:潘福生

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