B位掺杂提升CsSnI3钙钛矿结构和电荷稳定性的第一性原理研究

作     者：赵思健 葛治中 杨旭东 

作者机构：上海交通大学材料科学与工程学院 

出 版 物：《原子与分子物理学报》 (Journal of Atomic and Molecular Physics)

年 卷 期：2025年第6期

页      面：150-158页

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家重点研究计划(2018YFB1500104) 国家自然科学基金(12274284,11911530142) 

主　　题：全无机锡基钙钛矿 第一性原理 B位掺杂 相稳定性 电子结构 

摘      要：全无机CsSnI3钙钛矿拥有理想的带隙宽度（1.3 eV）,光电转化效率理论峰值达到33%.目前CsSnI3太阳能电池的发展受制于的CsSnI3的结构不稳定性和Sn2+易被氧化为Sn4+的问题.研究基于第一性原理,详细探讨了一系列金属元素对CsSnI3进行B位掺杂改性的方案,旨在提升CsSnI3结构稳定性,并抑制CsSnI3中Sn2+被氧化为Sn4+的问题.计算结果表明,在CsSnI3钙钛矿B位掺杂三价金属Sb、Bi能够阻碍CsSnI3相变生成Cs2SnI6,并且抑制Sn2+的氧化;尤其在晶格中存在锡空位缺陷时,Sb、Bi掺杂对于Sn4+形成的抑制效果更为显著.同时,低浓度的Sb、Bi掺杂不会改变CsSnI3的直接带隙特性,且带隙宽度变化较小,因此能够在维持CsSnI3优良光电活性的基础上进一步提高结构和电荷的稳定性.研究结果为实现高效且稳定的CsSnI3钙钛矿太阳能电池提供了重要的理论指导.