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利用第一性原理对甲胺碘铅进行结构模拟及性能研究

目录

摘要

关键词

一、绪论

1.1钙钛矿太阳电池的结构与原理

1.2CHNHPbX钙钛矿的结构和性能

333

1.3选题的意义

二、CH3NH3PBI3钙钛矿结构的构建

2.1CHNHPbI钙钛矿的主要参数

333

2.2建立几何模型

2.2.1建立晶格

2.2.2添加原子

2.3利用Reflex模块进行粉末衍射图谱

三、对晶体进行优化结构

3.1结构优化

3.1.1参数设置

3.1.2运行结果显示

3.2能量计算

3.2.1参数设置

3.2.2运行结构显示

3.3计算结果分析

四、CH3NH3PbI3钙钛矿几何结构延伸

4.1Sn的掺杂对钙钛矿电池的能带结构的影响

粉末衍射图

4.1.2几何优化

4.1.3能量计算

4.1.4计算结果分析

4.2掺杂CH3NH3PbI3钙钛矿的几何机构及其分析

粉末衍射图

4.2.2几何优化

4.2.3能量计算

4.2.4计算结果分析

五、结论

六、致谢

参考文献

摘要

钙钛矿型甲胺碘铅薄膜太阳能电池因其结构简单、制备成本低廉等优点吸引

了科研工作者的关注。其光电转换效率在近5年内从3.8%迅速提高到15%以上，

高于非晶硅的太阳电池效率，被Science评选为2013年十大科学突破之一。

本文主要是用MaterialStudio通过对CH3NH3PbI3钙钛矿建立晶体模型后，

利用第一性原理对有机金属钙钛矿CH3NH3PbI3及其延伸结构进行结构模拟、能

带分析和性能研究。

关键词：第一性原理;CH3NH3PbI3钙钛矿;能带结构

一、绪论

1.1钙钛矿太阳电池的结构与原理

钙钛矿是指CaTiO3,化学式是CaTiO3，是一种立方晶系的氧化物，是俄国化

学家佩罗夫斯基发现的。

钙钛矿太阳能电池结构由掺杂氟SnO2(fluorine-oxide,FTO)导电玻璃、电

子传输层（ETM）、钙钛矿吸收层（如CH3NH3PbI3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3PbBr3

等）、空穴传输层（HTM）和金属对电极组成。电子传输层（ETM）多为ZnO、TiO2

等，空穴传输层（HTM）多为Spiro-OMeTad、FTAA、H3MT、PEDOT、PASS等固态

介质材料。

图1.1钙钛矿太阳能电池结构示意图

当钙钛矿吸收层吸收阳光受激后，产生电子空穴对，激子在吸收层运

动至ETM/钙钛矿吸收层/HTM界面后发生分离，电子注入ETM层（阳极），

空穴注入到HTM(阴极)，最后经外部电路循环在金属对电极复合形成回路

电流。

图1.2钙钛矿太阳能电池原理示意图

1.2CHNHPbX钙钛矿的结构和性能

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理想钙钦矿结构的化学式为ABX3,属pm-3m空间群,整个结构可以描述为BX6

八面体顶点相连形成钙钦矿结构的基本骨架,A位离子填充于所有形成的12配位

的空隙中,也可看作A离子与X离子形成立方密堆结构,B位离子填充于八面体空

隙中这种结构具有很强的A一X和B一键平衡键长间的不匹配容忍度,可以通过

BX6八面体扭转及A或B离子的位移转化为其他低对称空间群结构。而其中的有

机金属卤化物钙钛矿作为敏化剂近年来被用于研究敏化太阳电池，得到飞速发展。

其化学式为CHNHPbX，其中X=Cl，Br或I。其中A=CH3NH3，B=Pb，X=Cl，Br

333

或I。虽然有机无机杂化钙钛矿的晶体结构和原始钙钛矿的结构类似，但取代其

晶胞位置的不是一个原子，而