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为什么锡（Sn）替代比铅（Pb）空位更有利于实现太阳能电池的最佳效率

DOI：10.1103/PhysRevB.101.054108 期刊：Physical Review B 出版年份：2020 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 甲基铵铅卤化物(MAPbI3)钙钛矿已成为前沿光电子半导体材料之一。为避免铅毒性，本研究采用杂化密度泛函理论(DFT)探讨了锡替代和铅空位(Pb-(cid:2))在调控MAPb1?X ?Y SnX (cid:2)Y I3钙钛矿稳定性和太阳能电池效率中的作用，并仔细考察了自旋轨道耦合(SOC)与电子自相互作用误差的影响。研究发现：相比形成铅空位，降低原始MAPbI3中铅含量时，锡替代具有更有利的热力学稳定性。此外，锡替代后由于s-p和p-p强耦合效应，导带底部下移导致带隙(直接带隙)减小，这使得MAPb1?X SnX I3在0 < X (cid:2) 0.5范围内获得更高的光学吸收系数(红移)和最大太阳能电池效率。
作者： Pooja Basera，Manish Kumar，Saswata Bhattacharya，Shikha Saini
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

探究锡替代和铅空位在调控MAPb1?X ?Y SnX (cid:2)Y I3钙钛矿稳定性和太阳能电池效率中的作用，旨在降低铅毒性的同时保持或提升太阳能电池性能。

研究成果

研究表明，锡（Sn）掺杂比铅（Pb）空位更有利于降低MAPbI3中的铅含量，在高达50%的锡掺杂比例下能提供更好的热力学稳定性和太阳能电池效率。电子结构分析表明，强s-p和p-p耦合有助于减小带隙并增强光学吸收，使锡掺杂MAPbI3成为高效太阳能电池的有希望候选材料。

研究不足

该研究为计算性质，依赖于理论模型和模拟，可能无法完全反映所有实验条件或材料行为。结果的准确性取决于交换关联泛函的选择以及自旋轨道耦合效应的纳入。

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