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1、钙钛矿型光伏材料的优化设计与物性研究DesignandPhysicalPropertiesResearchofNewPerovskitePhotovoltaicMaterials作者姓名：杨东问专业名称：材料物理与化学研究方向：材料计算模拟新材料设计指导教师：张立军教授学位类别：工学博士培养单位：材料科学与工程学院论文答辩日期：2018年05月29日授予学位日期：年月日答辩委员会组成：姓名职称工作单位主席：金盛烨教授中科院大连化物所委员：邹勃教授吉林大学宁永强教授中科院长春光机所徐海阳教授东北师范大学骆军委教
2、授中科院半导体所孙鹏教授吉林大学董庆锋教授吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献
3、的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：杨东问日期：2018年05月29日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：
4、□硕士■博士学科专业：材料物理与化学论文题目：钙钛矿型光伏材料的优化设计与物性研究作者签名：杨东问指导教师签名：2018年05月29日作者联系地址（邮编）：作者联系电话：论文摘要近年来，铅基卤化物钙钛矿光伏材料迅速发展，光电转换效率已超过了20%，很有可能超越传统的硅基电池。然而，钙钛矿太阳能电池在投入产业化应用前，仍面临很多重要问题亟待解决，主要包括：电池的长期稳定性差，材料含有毒物质铅，高光电转化效率的物理机制不明确等。本文采用第一性原理计算方法，针对上述问题，系统开展了典型钙钛矿光伏材料的物性研究和新型
5、钙钛矿光伏材料的优化设计研究，为解决上述问题提供了有价值的理论指导。研究取得了以下创新性成果：1.通过系统的缺陷形成能与扩散势垒计算，证实了碘离子是MAPbI3（MA=CH3NH3）材料的主要扩散离子。目前人们对MAPbI3材料缺陷离子的扩散类型存在较大争议，限制了其光伏性能的进一步优化。针对这一问题，我们通过第一性原理计算系统研究了碘离子与甲胺离子的形成能和扩散势垒，发现碘空位（V+），碘间隙（I−），和甲胺间隙（MA+）离子的扩散势垒较低,碘离子与Iii甲胺离子室温均能发生扩散，但V+离子的形成能低于I−
6、,MA+离子，因此V+缺IiiI+陷是MAPbI3材料的主要扩散离子，进一步的离子振动频率计算表明V是快速I扩散的离子,我们提出阻止碘离子扩散能够降低钙钛矿电池的效率回滞。研究工作为实验制备高效、稳定的钙钛矿电池提供有价值的参考。2.通过对金属电极(Au,Ag,Cu,Cr,Mo,W,Co,Ni,Pd)形成的杂质离子形成能与扩散势垒的研究，拓展了金属电极杂质通过扩散机制影响MAPbI3钙钛矿电池性能的物理认识。我们系统的第一性原理计算发现钨间隙（W2+/3+）,钼i间隙（Mo2+/3+）离子的形成能与扩散势垒较
7、高，金间隙（Au+）,银间隙（Ag+）,iii铜间隙（Cu+）,铬间隙（Cr2+）离子形成能较低但转变能级较浅，Ni1+/2+,钯间iii隙（Pd1+/2+）,钴间隙（Co1+/2+）,Au0/1+离子的形成能较低且转变能级较深。我iiPb们进而指出W、Mo、Ag、Cu、Cr电极应用于钙钛矿电池相对稳定，而Ni、Pd、Co电极的稳定性取决于间隙杂质的电荷态，高电荷态离子的形成对电极稳定性的提高有利。常用的Au电极不稳定，易形成AuPb缺陷引入载流子复合中心，I降低电池性能。此外，金属电极的功函数与串联阻抗也是
8、需要考虑的因素，研究结果为实验选择稳定的金属电极提供理论依据和参考。-)离子掺杂CsPbBr3.理论澄清了实验上硫氰根(SCN3带隙反常增加的物理机制。实验研究发现，碘离子和硫氰根离子半径和电负性相近，但掺杂CsPbBr3制备的钙钛矿材料带隙变化趋势相反。我们通过第一性原理计算发现，硫氰根离子掺杂后，材料导带底出现较强的反键相互作用，反键态能量升高，导带上移，导致带隙增大。该研究工作澄清了硫氰根离子
