JACS：非铅四组分卤化物钙钛矿用于太阳能电池

纳米技术

2021-08-03

双卤化物钙钛矿材料能够显著提高卤化物钙钛矿材料中增加不含铅的空气气氛稳定光伏吸收材料。但是目前大多数双卤化物钙钛矿的能带太高（>1.9 eV）或者光学跃迁表现双极性禁阻特征，因此难以将其用于高效率单节太阳能电池。目前卤化物双钙钛矿材料的性能仍低于MAPbI₃等铅基卤化物钙钛矿的性能。

有鉴于此，德国慕尼黑大学Dan Han、比利时列日大学唐刚等报道通过离子翻转、在钙钛矿晶格中进行阴离子规则排列等方法，从理论上设计了两种组成分别为X₆B₂AA′、X₆BB′A₂的四组分反式钙钛矿，发现这种四组分反式钙钛矿材料理论上具有较好的光伏性能，而且性能可以与高性能MAPbI₃相比。

本文要点：

（1）

作者通过第一性原理对此类四组分反式钙钛矿材料的稳定性、能带调控能力进行计算模拟。进一步的，基于光伏性质进行材料筛选，提出了5种稳定、具有合适能带结构的钙钛矿化合物（Ca₆N₂AsSb, Ca₆N₂PSb, Sr₆N₂AsSb, Sr₆N₂PSb, Ca₆NPSb₂），这些钙钛矿材料具有合适能量直接能带、较小的载流子质量、较低的激子结合能、偶极允许较强的光学吸收，以上这些特点支持钙钛矿材料具有优异光伏性质。

（2）

模拟计算结果显示，几种钙钛矿材料的理论最高太阳能效率都达到高于29 %，达到或者高于高性能标杆太阳能电池MAPbI₃。本文研究结果说明四组分反式钙钛矿在光电化学材料领域的广泛应用前景，为设计和发展空气气氛稳定的非铅钙钛矿光伏吸收太阳能材料提供经验。

参考文献

Dan Han*, Chunbao Feng, Mao-Hua Du, Tao Zhang, Shizhe Wang, Gang Tang*, Thomas Bein, and Hubert Ebert, Design of High-Performance Lead-Free Quaternary Antiperovskites for Photovoltaics via Ion Type Inversion and Anion Ordering, J. Am. Chem. Soc. 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c06403

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c06403