锗溴混合掺杂调控钙钛矿太阳电池光电特性的第一性原理研究

doi:10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0112

太阳能学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (5): 475-480.DOI: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0112

锗溴混合掺杂调控钙钛矿太阳电池光电特性的第一性原理研究

郭茶秀, 韦智豪, 周俊杰, 余银生, 田禾青

郑州大学机械与动力工程学院,郑州 450001

收稿日期:2023-02-06 出版日期:2024-05-28 发布日期:2024-05-31
通讯作者: 周俊杰（1974—）,男,博士、教授,主要从事多尺度仿真与储能低碳技术方面的研究。zhoujunjie2008@163.com
基金资助:
国家自然科学基金（51906228）

FIRST-PRINCIPLES STUDY ON REGULATION OF OPTICAL PROPERTIES OF PEROVSKITE SOLAR CELLS BY GERMANIUM BROMIDE MIXED DOPING

Guo Chaxiu, Wei Zhihao, Zhou Junjie, Yu Yinsheng, Tian Heqing

School of Mechanical and Power Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China

Received:2023-02-06 Online:2024-05-28 Published:2024-05-31

摘要/Abstract

摘要： 采用第一性原理方法对锗溴混合掺杂下甲胺基钙钛矿（MAPbI₃）材料的能带结构、态密度、介电函数和吸收光谱进行研究。构建MAPbI₃、MAPb_0.75Ge_0.25I₃、MAPbI_2.5Br0_.5、MAPb_0.75Ge_0.25I_2.5Br_0.5这4种钙钛矿结构模型并优化其结构,得出光电特性。研究结果表明,锗溴混合掺杂可改变价带顶与导带底位置及斜率,调控带隙值大小,同时混合掺杂也会改变价带顶与导带底的斜率,4种钙钛矿模型中锗溴混合掺杂时价带顶与导带底的斜率最小,有利于电子跃迁,提升光电转换效率;掺杂锗可提高钙钛矿在可见光区的吸收性能,掺杂溴对钙钛矿光学特性影响不大。

关键词: 钙钛矿, 太阳电池, 光电特性, 混合掺杂, 第一性原理

Abstract: The band structure, state density, dielectric function, and absorption spectrum of germanium-bromine mixed-doped methylamino-based perovskite （MAPbI₃） materials were investigated using first-principles methods. Four perovskite structure models were constructed： MAPbI₃, MAPb_0.75Ge_0.25I₃, MAPbI_2.5Br_0.5, and MAPb_0.75Ge_0.25I_2.5Br_0.5. The structures of the four perovskites were optimized, and their photoelectric characteristics were obtained. The results indicate that germanium and bromine doping can alter the position and slope of the valence band top and conduction band bottom, adjusting the band gap value. The smallest slope of the valence band top and conduction band bottom is observed when germanium and bromine are jointly doped, among the four structures. This is conducive to electron transition and enhances photoelectric conversion efficiency. Germanium improves the absorption performance of perovskites in the visible light region, while bromine has a minimal effect on the optical properties of perovskites.

Key words: perovskite, solar cells, optical properties, mixed doping, first principles

中图分类号:

O641

郭茶秀, 韦智豪, 周俊杰, 余银生, 田禾青. 锗溴混合掺杂调控钙钛矿太阳电池光电特性的第一性原理研究[J]. 太阳能学报, 2024, 45(5): 475-480.

Guo Chaxiu, Wei Zhihao, Zhou Junjie, Yu Yinsheng, Tian Heqing. FIRST-PRINCIPLES STUDY ON REGULATION OF OPTICAL PROPERTIES OF PEROVSKITE SOLAR CELLS BY GERMANIUM BROMIDE MIXED DOPING[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2024, 45(5): 475-480.

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