CH3NH3多聚體的形成對有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池性能的影響*

張翱 張春秀 張春梅 田益民 閆君 孟濤?

1) (北京印刷學院基礎部, 北京 102600)

2) (北京交通大學理學院, 微納材料及應用研究所, 北京 100044)

采用第一性原理在MP2/aug-cc-PVTZ 水平下優化得到CH3NH3多聚體的幾何構型, 發現多聚體中CH3NH3沿C-N軸取向, 多聚體隨著CH3NH3數量增加有收縮趨勢, 這有利于無機框架的結構穩定, 多聚體的總偶極矩隨著CH3NH3數量線性增加, 這導致了CH3NH3PbI3異質結的強極化.CH3NH3多聚體中未配對電子分布在每個CH3NH3的NH3-端, 軌道能量在-4.4--3.2 eV之間.計算靜電勢矢量場發現具有強親電性, NH3-端比CH3-端有更強的親電性, CH3NH3單體和CH3NH3多聚體具有弱親電性和親核性, CH3NH3多聚體的形成有效地減少CH3NH3與無機[PbI3]-框架之間的非諧振聲子振動模式, 這有利于提高CH3NH3PbI3異質結中載流子傳輸.電場作用下CH3NH3五聚體中未配對電子通過量子躍遷機制沿著C-N軸發生轉移, 施加不同方向電場電子的轉移效率是不一樣的, 轉移電子數量隨著電場強度增加而增加, 通過這樣的躍遷機制在外電場作用下電子很容易注入CH3NH3PbI3形成CH3NH3多聚體.這些計算結果將有助于更深刻地理解有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池高光電轉換效率的根源.

1 引 言

有機-無機雜化鈣鈦礦(如CH3NH3PbI3, CH3NH3PbI3-xClx等)是一種很有前途的太陽能電池材料, CH3NH3PbI3作為高性能太陽能電池的光吸收層具有優異的光電性能[1-4].單晶和多晶薄膜的CH3NH3PbI3都具有載流子壽命長和擴散長度長的特點[5-10], 然而它的載流子遷移率卻十分適中[11].通過幾種不同的實驗技術測量單晶和多晶的CH3NH3PbI3載流子遷移率范圍在1-100 cm2·V-1·s-1之間[12,13], 這……