A₂BB′X₆型雙鈣鈦礦分子材料由于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、性質(zhì)優(yōu)異、成本低廉等優(yōu)點受到了人們的廣泛關(guān)注,具有無毒、環(huán)境穩(wěn)定性高等特點,同時也成為目前太陽能電池研究領(lǐng)域的熱點。為了篩選優(yōu)質(zhì)的雙鈣鈦礦分子,本文采用密度泛函理論設(shè)計了10種A₂BNiX₆型雙鈣鈦礦分子。研究了分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電子性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì),分析了不同位置的元素對其能帶和光學(xué)性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明,A₂BNiX₆型雙鈣鈦礦都是直接帶隙,非常有利于可見光的吸收。尤其是X位置為F原子的A₂BNiF₆的4種雙鈣鈦礦帶隙值為1.52～1.69 eV,非常適合作為光吸收材料。光學(xué)性質(zhì)研究表明,A₂BNiF₆雙鈣鈦礦是一種透明材料,在透明發(fā)光材料方面具有廣泛的應(yīng)用前景。盡管相對于雜化泛函存在一定誤差,但這些研究為雙鈣鈦礦太陽能電池的吸光材料提供了理論支持。 

【文章來源】：人工晶體學(xué)報. 2020,49(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖1 雙鈣鈦礦太陽能電池工作原理

式中,RA,RB和RX分別是鈣鈦礦ABX3中相應(yīng)離子的半徑。綜合之前文章的數(shù)據(jù),一般t和μ同時滿足0.81<t<1.11和0.41<μ<0.9時,物質(zhì)可形成穩(wěn)定的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)[21-25]。通過評估這些參數(shù)來判定雙鈣鈦礦的穩(wěn)定性,考慮到B+和B3+不同位置的半徑差異,用B+和B3+的平均半徑作為RB。如表1可知,本文所計算的十種A2BNiX6雙鈣鈦礦的八面體因子和容差因子都在鹵化雙鈣鈦礦的理想范圍之內(nèi),與CH3NH3PbI3的相應(yīng)值(t=0.83,μ=0.54)相差不大,說明這10種雙鈣鈦礦在理論情況下是可以穩(wěn)定存在的,這也使得研究其電子性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)有了實際意義。由表中數(shù)據(jù)可知,隨著X從F到Br依次替換,離子半徑隨之增大,t和μ的值整體呈下降趨勢。很直觀地,容差因子和八面體因子可以一定程度上反應(yīng)雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)離子間距關(guān)系,數(shù)值過大或過小,很容易造成雙鈣鈦礦發(fā)生相變,從而導(dǎo)致穩(wěn)定性的變化[26-30]。考慮到如果僅僅一個八面體因子和容差因子可能不夠充分,確定一個材料的穩(wěn)定性還需要計算其分解晗、分子動力學(xué)和聲子譜來確定。但是由于計算量較大,八面體體因子和容差因子還是有很強的參考意義。

圖3(a)是A2BNiX6型雙鈣鈦礦的吸收系數(shù)的曲線�？梢钥吹�,A2BNiX6型雙鈣鈦礦在可見光范圍內(nèi),系數(shù)在300 nm處都有一個吸收峰,說明其對紫外線的吸收作用較大。由曲線可以看出,A2BNiF6型雙鈣鈦礦在450～800 nm處吸收幾乎為0,吸收系數(shù)很低,對可見光吸收作用小,因此A2BNiF6型雙鈣鈦礦是趨近于透明的。A2BNiCl6型雙鈣鈦礦在470 nm處還有個小的吸收峰,A2BNiBr6型雙鈣鈦礦在550 nm處有個小的吸收峰,說明對于A2BNiX6型雙鈣鈦礦,X位置的元素對于在400～800 nm處的吸收存在一定的影響。圖3(b)給出A2BNiX6型雙鈣鈦礦的折射率曲線。A2BNiCl6型雙鈣鈦礦及A2BNiBr6型雙鈣鈦礦的折射率曲線形態(tài)相近,數(shù)值有輕微差別。A2BNiF6型雙鈣鈦礦曲線在可見光范圍450～800 nm內(nèi)折射率較小,與水的折射率1.33相近。這也同樣說明,A2BNiF6型雙鈣鈦礦薄片應(yīng)在可見光是趨近于透明的。圖3(c)給出了A2BNiX6型雙鈣鈦礦的反射率曲線。在可見光波段內(nèi)A2BNiCl6型雙鈣鈦礦及A2BNiBr6型雙鈣鈦礦材料的反射率曲線維持在0.07～0.16左右,證明其可以反射約7%～16%的入射光,并呈現(xiàn)出較弱的金屬光澤。而A2BNiF6型雙鈣鈦礦在可見光波段的值約0.02～0.08,故應(yīng)為暗淡無金屬光澤的。圖3(d)給出A2BNiX6型雙鈣鈦礦的消光系數(shù)曲線,它們的消光系數(shù)曲線均在可見光范圍內(nèi)300 nm左右達到最高值,A2BNiCl6型雙鈣鈦礦及A2BNiBr6型雙鈣鈦礦在450～600 nm處又出現(xiàn)個峰值,之后A2BNiF6型雙鈣鈦礦隨著入射光波長增加趨近于0,說明隨著入射光光波長的增加,越來越趨于透明[40-42]。3 結(jié) 論

【參考文獻】：
期刊論文
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