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多组分钙钛矿的热力学：高效稳定太阳能电池材料的指南

DOI：10.1021/acs.chemmater.0c00893 期刊：Chemistry of Materials 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 随着光电转换效率的显著提升，金属卤化物钙钛矿（MHP）太阳能电池正受到广泛关注。为成功将这些材料部署为下一代太阳能电池，学界正致力于开发高效稳定的钙钛矿太阳能电池。其中组分工程尤其为优化材料性能提供了有效途径，因此高效稳定的MHP通常包含多种不同组分。本研究通过第一性原理热力学方法，针对A位点（FA、MA和Cs）的三元混合物及X位点可变Br/I含量，建立了热力学模型来阐明A位与X位不同阳离子和卤素混合如何影响MHP稳定性。深度计算表明：为稳定带隙较窄的高效FAPbI3钙钛矿角共享结构，必须引入Br混合；而要保持能拓宽带隙的最低Br含量，则需MA共混；Cs混合则有助于防止MHP分解为前驱体。我们预期该研究将为理解MHP各组分的独特作用提供热力学依据，并为未来MHP的组分工程提供设计指导。
作者： Sungmin Kim，Taedaehyeong Eom，Ye-Seol Ha，Ki-Ha Hong，Hyungjun Kim
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为理解并阐明多组分金属卤化物钙钛矿（MHPs）中不同组分在稳定材料方面的作用——特别是抑制钙钛矿相向非钙钛矿相转变和/或分解的作用，并从热力学角度揭示MHPs各组分的独特功能。

研究成果

该研究明确了多组分混合卤化铅钙钛矿（MHPs）中不同组分的独特协同作用，强调了组分工程对优化提升钙钛矿材料光物理性能的重要性。溴（Br）掺杂最能有效稳定所需的α相，甲胺（MA）掺杂有助于降低α相稳定所需的溴含量，铯（Cs）掺杂则显著增强FAPbI3材料抵抗分解反应的化学稳定性。

研究不足

该研究仅限于理论建模，未包含实验验证。热力学建模中采用的与位置无关的近似仅在稀薄极限下成立。

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