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通过抑制界面铁电有序性降低钙钛矿太阳能电池中的反常滞后现象
摘要： 尽管近年来有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）研究蓬勃发展，但其大规模应用仍面临诸多障碍——从不良的电流-电压迟滞效应到较差的器件稳定性。在各种可能的迟滞成因中，界面铁电性尤为引人关注且值得深入探究。本研究通过非绝热电子动力学视角，考察了MAPbI3（FAPbI3）/TiO2和MAPbI3/PCBM异质结构中的界面铁电性，并揭示其与迟滞效应的关联。研究发现：由于极性MA离子与TiO2的相互作用，MAPbI3/TiO2界面会形成铁电有序结构。外加栅极电场下MA离子的极化翻转会导致界面光电子注入与电子-空穴复合过程速率显著差异，从而引发不良迟滞效应。与之形成鲜明对比的是，通过用弱极性FA离子（偶极矩0.29德拜）替代强极性MA离子（偶极矩2.29德拜）实现界面电场消除，以及界面钝化处理，FAPbI3/TiO2和MAPbI3/PCBM界面处的铁电性受到抑制，从而维持稳定的界面电子动力学并消除迟滞现象。本研究阐明了迟滞效应的物理成因，为PSCs中迟滞问题的缓解指明了方向。
关键词： 铁电性、滞后现象、钙钛矿太阳能电池、激发态电子动力学、电子-空穴复合、取向选择性
更新于2025-09-23 15:21:01
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一维CdS纳米管与块体CdS结构在光催化水分解中的对比：维度效应的作用
摘要： 利用最先进的密度泛函理论计算，我们构建了用于光催化水分解的刻面CdS纳米管（NT）催化剂模型?；诘缱咏峁?、能带边缘排列和过电位研究，预测了CdS光催化剂的整体光催化活性。作为对比，我们还研究了CdS块体结构上的水分解过程。通过能带边缘排列结合析氧反应/析氢反应（OER/HER）机制研究，我们确定了这些表面上整体水分解的有效过电位。研究表明，由于强p-d轨道杂化作用，CdS纳米管的价带顶比块体CdS具有更高的稳定化能。这种高度稳定的价带顶对空穴转移过程至关重要，并能降低电子-空穴复合风险。该纳米管进行水氧化反应所需的过电位低于周期性CdS结构。这些发现表明，随着维度降低，CdS的水氧化/还原过程效率会进一步提升。更重要的是，我们发现有两个因素使CdS纳米管相比块体材料成为更优异的光催化剂。此外，稳定的价带顶也有利于其光稳定性——而块体CdS正存在光稳定性问题。
关键词： 光催化、析氢反应、硫化镉纳米管、析氧反应、电子-空穴复合
更新于2025-09-23 15:21:01
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一维硫化镉纳米棒的可控生长及其带隙结构特性在可见光催化析氢反应中的应用
摘要： 一维（1D）金属硫化物纳米结构是光催化水分解制氢（H2）最具前景的材料之一。然而，调控金属硫化物的纳米结构、光学、电学及化学性质以实现高效光催化剂仍具挑战性。本研究采用简便低成本的溶剂热法合成了一维CdS纳米棒（NRs），其中反应时间对CdS纳米棒长度（从100 nm增长至数微米）具有显著影响。实验证实，随着CdS纳米棒长度增加，其可见光催化产氢活性同步提升，在反应时间18小时获得的样品展现出最高产氢活性（206.07 μmol·g?1·h?1）。该优异产氢性能可归因于光学吸收特性的改善、电子能带结构的优化以及载流子复合速率的降低。
关键词： 光催化产氢、能带结构、硫化镉纳米棒、电子-空穴复合、溶剂热合成
更新于2025-09-19 17:13:59
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时间域第一性原理模拟揭示铯钛卤化物双钙钛矿中掺杂剂对电子-空穴复合的调控：共掺杂优于单掺杂
摘要： 我们采用非绝热（NA）分子动力学结合含时密度泛函理论，模拟了本征及掺杂的无铅双钙钛矿Cs2TiBr6中的电子-空穴复合过程。研究表明：用硅和/或氯部分替代钛和/或溴可延长载流子寿命。值得注意的是，尽管掺杂不会改变Cs2TiBr6的本征带隙，但能避免深能级陷阱——通过减小电子-空穴波函数重叠降低非绝热电子-声子耦合，以及由轻掺杂剂诱导的快声子模式加速退相干，从而抑制电子-空穴复合。更重要的是，共掺杂可降低硅的形成能并实现更高掺杂浓度，有望进一步延长寿命。本研究为设计高性能全无机无铅钙钛矿太阳能电池提供了通过共掺杂减少能量损失的有效策略。
关键词： 共掺杂、电子-空穴复合、单掺杂、能量转换与存储、卤化铯钛双钙钛矿、等离子体光学与光电子学、时域第一性原理模拟、掺杂剂调控
更新于2025-09-10 09:29:36