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氧气吸附对钙钛矿性质影响的理论研究

马霞霞  李泽生  
【摘要】:氧分子对钙钛矿的影响在实验中已被广泛研究,但是理论上的机理研究仍比较欠缺。本文尝试通过第一性原理的计算揭示氧分子和钙钛矿作用的微观机理。研究结果表明氧分子是通过范德华力吸附在钙钛矿的表面,这种吸附会使钙钛矿表面产生少量诱导正电荷(相应地,氧分子上产生诱导负电荷)。产生的电荷随着吸附氧个数的增加而增加,这与钙钛矿表面功函数的变化趋势一致,这就解释了实验中观测到的功函数增加的现象。研究结果还表明,在氧气吸附体系的态密度中,属于氧的态出现在钙钛矿导带和价带之间,且随着吸附氧个数的增加,属于氧的态峰值增加。吸附氧气后,功函数的增加和钙钛矿的导带和价带之间属于氧的态的出现均表明吸附氧气不利于钙钛矿和电子传输层(TiO_2)之间的电子传输,且氧气的吸附会使其效率小幅度降低,这与实验观测到的现象一致。因此,避免在钙钛矿和电子传输层之间引入氧分子对钙钛矿太阳能电池是有利的1,2。(目前正在采用较高精度的HSE06方法进行更深入的研究。)

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