摘要
钙钛矿作为第三代太阳能电池的主要材料而备受关注。ABX3型钙钛矿在稳定性和环境保护上存在一些问题，目前主要的解决方法就是在提升光电转换效率的同时寻找更环保稳定的钙钛矿结构。本文通过第一性原理的方法对ABX3型卤化物钙钛矿和A2BⅠBⅡX6型卤化物双钙钛矿进行研究，通过这些研究可以有助于丰富和扩展钙钛矿材料的应用。 对于ABX3型钙钛矿，选取四方相的CH3NH3PbI3(MAPbI3)进行研究。采用第一性原理的方法计算MAPbI3的电子性质、光学性质以及I-沿<100>方向迁移的能量。计算结果表明四方相的MAPbI3为直接带隙半导体，带隙值为1.71eV。对于态密度的分析可以看出Pb-s、Pb-p和I-p轨道电子对其电子性质和光学性质影响较大。MAPbI3在两种极化方向上(平行于c轴和垂直于c轴)的静态介电常数ε1(0)分别为5.75和6.43,其在可见光范围内具有高吸收系数、高折射率、低反射率以及较低的能量损失。通过Climbingimagenudgedelasticband(CI-NEB)方法和超晶胞方法计算MAPbI3中的I-沿<100>方向迁移的能量为0.41eV。 对于A2BⅠBⅡX6型双钙钛矿，选取Cs2RbSbX6(X=Cl,Br,I)进行研究。采用第一性原理方法分别计算三种材料的电子与光学性质。计算结果表明三种材料都是直接带隙半导体,带隙值分别为4.19eV、3.58eV和2.99eV。分波态密度结果表明，三种材料的导带主要是由Cs-d、Sb-p和Cl-p(Br-p和I-p)轨道电子所贡献;价带主要由Cl-p(Br-p和I-p)轨道电子贡献，Sb-s轨道电子贡献较小。通过对比带隙值可以发现替换X位置的元素可以对Cs2RbSbX6的带隙值进行调制。Cs2RbSbX6(X=Cl,Br,I)三种材料的静态介电常数ε1(0)分别为2.48、2.74和3.20。三种材料折射率n(0)分别为1.58、1.66和1.79。Cs2RbSbX6(X=Cl,Br,I)在紫外光区域具有高吸收系数、高折射率和低反射率等优越性质。Cs2RbSbX6(X=Cl,Br,I)的电子性质随着Cl-Br-I的顺序发生改变，光学性质随X位置元素的改变发生红移。
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