第一性原理對CsSnBr3施加靜水壓力后光電性質的探究*

高立科 趙先豪 刁心峰 唐天宇 唐延林?

1) (貴州大學大數據與信息工程學院, 貴陽 550025)

2) (貴州大學物理學院, 貴陽 550025)

3) (貴州師范學院物理與電子科學學院, 貴陽 550018)

CsSnBr3作為一種重要的鈣鈦礦太陽能電池材料已經被廣泛研究.基于密度泛函理論, 利用第一性原理來研究在不同靜水壓力下CsSnBr3的光電性質.結果發現, 當壓力為2.6 GPa時, CsSnBr3具有最佳光學帶隙值1.34 eV, 因此, 本文只對比研究CsSnBr3在0和2.6 GPa靜水壓力下的光電性質.當壓力為2.6 GPa時, CsSnBr3具有更大的介電值、電導率、吸收系數及折射率, 吸收光譜有紅移現象, 且其電子和空穴的有效質量、激子的結合能都比較小, 這表明CsSnBr3是一種高效的光吸收材料.通過Born-Huang 穩定標準判據, 容差因子T和聲子譜有無虛頻的三重計算, 發現在壓力0和2.6 GPa下, CsSnBr3都是穩定的.由加壓前后CsSnBr3的彈性模量值可知他們都是偏軟性的, 具有良好的延展性和各向異性.加壓后CsSnBr3的德拜溫度和熱容量很快趨于穩定, 與溫度無關; 而焓和熵則隨著溫度升高而增加, 增加的幅度大于未加壓的情況; 吉布斯自由能都呈現出降低的趨勢, 未加壓時降低得稍快.本研究表明, 施加靜水壓力后的CsSnBr3是一種良好的光電材料, 適合用于鈣鈦礦太陽能電池.

1 引 言

近十年來, 有機-無機雜化鹵化物鈣鈦礦及相關材料因具有高吸收系數、合適的帶隙寬度、優異的載流子遷移率、較長的載流子壽命和較低的成本等優點而備受關注[1-6].最新研究表明, 他們具有接近24%的光電轉換效率(photoelectric conversion efficiency, PCE)[7], 已經被廣泛應用于太陽能……