钙钛矿/NiO异质结结构和性质的第一性原理研究

作者：张素素; 赵薇; 孟令鹏^*

来源：分子科学学报：中英文版, 2023, 39(06): 501-511.

DOI：10.13563/j.cnki.jmolsci.2023.06.066

• 钙钛矿太阳能电池
• NiO空穴传输层
• 异质结
• 空位缺陷
• 能带排列
• 第一性原理计算

空穴传输层与钙钛矿吸光层形成的异质结界面处的能带排列以及点缺陷的存在是影响钙钛矿太阳能电池光电转换效率的2个重要因素.采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了钙钛矿/NiO异质结的结构和性质，探讨了异质结中的点缺陷、价带和导带的能级排列、碱金属K掺杂钙钛矿层和过渡金属Zn掺杂NiO层对电子-空穴的分离与输运的影响.计算的晶格失配度和结合能表明MAPbI3和MASnI3的(001)面与NiO(100)面能够形成稳定的异质结，且形成NiO/PbI2和NiO/SnI2异质结的可能性更大.形成异质结后钙钛矿层中的绝大多数空位缺陷形成能都有所降低，说明缺陷在异质结的界面处更容易形成.异质结中的主要缺陷是在富碘条件下产生的VPb,VSn和VMA,这些缺陷对异质结中空穴的分离和传输十分不利，建议在富铅条件下构建NiO/MAPbI3和NiO/MASnI3异质结.用碱金属K原子对异质结的钙钛矿层进行掺杂，可以使钙钛矿层和空穴传输层有更匹配的能带排列，提高NiO/PbI2和NiO/SnI2异质结的空穴分离和运输效率，降低载流子的复合.对异质结中NiO层进行Zn取代掺杂能够使NiO/PbI2和NiO/SnI2异质结获得更合适的价带偏移(VBO),有利于空穴的分离和传输，提高电池的光电转换性能.本研究可为新型高效钙钛矿太阳能电池的设计开发提供理论指导.

• 单位
  河北师范大学