CH3NH3多聚体的形成对有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池性能的影响

作者：张翱; 张春秀; 张春梅; 田益民; 闫君; 孟涛^*

来源：Acta Physica Sinica, 2021, 70(16): 362-368.

• 有机-无机杂化钙钛矿
• 太阳能电池
• 第一性原理计算

采用第一性原理在MP2/aug-cc-PVTZ水平下优化得到CH3NH3多聚体的几何构型,发现多聚体中CH3NH3沿C-N轴取向,多聚体随着CH3NH3数量增加有收缩趋势,这有利于无机框架的结构稳定,多聚体的总偶极矩随着CH3NH3数量线性增加,这导致了CH3NH3PbI3异质结的强极化. CH3NH3多聚体中未配对电子分布在每个CH3NH3的NH3-端,轨道能量在–4.4—–3.2 eV之间.计算静电势矢量场发现CH3NH3+具有强亲电性, NH3-端比CH3-端有更强的亲电性, CH3NH3单体和CH3NH3多聚体具有弱亲电性和亲核性, CH3NH3多聚体的形成有效地减少CH3NH3与无机[PbI3]–框架之间的非谐振声子振动模式,这有利于提高CH3NH3PbI3异质结中载流子传输.电场作用下CH3NH3五聚体中未配对电子通过量子跃迁机制沿着C-N轴发生转移,施加不同方向电场电子的转移效率是不一样的,转移电子数量随着电场强度增加而增加,通过这样的跃迁机制在外电场作用下电子很容易注入CH3NH3PbI3形成CH3NH3多聚体.这些计算结果将有助于更深刻地理解有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池高光电转换效率的根源.

• 单位
  北京交通大学; 北京印刷学院