优秀的光伏组件结合几个有益的特性,包括强烈的电荷载流子迁移率和显著的光学吸收,所有这一切都是由微小的有效质量。在《华尔街日报》的一篇文章先进功能材料亚博网站下载说的黄金孩子未来一代太阳能电池金属卤化物钙钛矿。钙钛矿革命的基础奠定了一个有利的特殊的光学和电子特性结合成本效益的生产。
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bx债券,负责运营商的重要光学吸收和有效质量小,管理他们的光电子功能。特殊配方的钙钛矿太阳能电池紫外可见光能转换成电能相对较好,这表明他们可能是好的hybrid-tandem同行等电极材料的晶体硅,这有效地转换红外线。亚博网站下载
钙钛矿的量子化学债券
当光伏特性结合量子化学分析、债券的情况出现。离子、金属和常见的2 c2e共价键和b个x键非常不同。最好是把它看作metavalent,因为相邻原子在一个p,电子交换。
ABX3或金属卤化物钙钛矿在光电子学广泛应用,从低成本、高性能太阳能电池模块和光发射激光设备。这些钙钛矿有一个独特的混合特征,包括光学吸收率高,大量的电荷载体的机动性。
B二价阳离子的影响通常被归功于卤化物钙钛矿的特殊特性,这允许他们的应用前景。亚博网站下载材料应加强他们在可见光谱的光吸收增加光伏效率。他们应该也有一个电子载流子迁移率高,这可能是由于他们适度的有效质量。价带和导带的结构状态决定了光的吸光度和有效质量。
电子和空穴的有效质量氧化物(红色)和卤化物(绿色)钙钛矿。空穴的有效质量(三叉星)和电子(满三角形)计算扫描(符号向下)和HSE06功能(符号指向上),包括旋轨道耦合。卤化物的有效质量明显小于的氧化物。也值得注意的卤化物钙钛矿电子和空穴的有效质量稳步提高,增加相对电子转移(ET)的B原子原子周围的X(文本)的数量更详细地定义。没有这样的趋势是氧化物钙钛矿的发现。
因为金属卤化物钙钛矿和氧化经常有相同的原子结构但高度不同的光电功能,基本电子的性质属性差别很大。这些差异将会连接到一个量子化学债券调查,将识别和定义了有益的轨道和债券负责光伏特性。
载流子的有效质量的费米能级为光伏发电是一个关键参数。的曲线相关的价带和导带是逆相关的有效质量。
氧化物钙钛矿的洞和有效的电子质量大大超过了其自由电子质量。低的机动性是一个严重的缺点等光学应用程序与大的有效质量。金属卤化物钙钛矿的有效质量,另一方面,小远。
金属卤化物钙钛矿洞和电子的有效质量显示一个明确的化学趋势。金属卤化物钙钛矿和氧化之间的差别是由于系统的费米能级的能带结构的变化。导带的卤化物和钙钛矿显示更多的差异。导带的下限在倒易空间可以在几个不同的地方找到。美国的不同性质的原因是导带。
研究人员调查能带结构和化学键之间的联系来确定为什么卤化物钙钛矿有这样低的有效质量和显著的光学吸收。他们用量子化学方法,即原子和分子的量子理论,来完成这一目的。
电子转移成比例,计算除以总卤的电子转移和氧化氧化态的钙钛矿,是用来比较不同物质(名义上的离子电荷)。
吸收BaTiO(ε虚构的)3和CsPbI3(上),分解为联合州(红色)和相应的平均密度矩阵元素(阴影区域,底部)。在CsPbI3观察到较低的能量,吸收最大。它受益于一个大矩阵元素,由p p转换。金属卤化物钙钛矿的光学特性是迄今为止优越的光伏应用。联合态密度在1 eV (jdo)−1;这里定义的有效矩阵元素(eV)的介电常数除以jdo。获得的数据的扫描功能。
优良的光电特性
金属卤化物钙钛矿从离子结合结构独特,金属,共价键。焊接过程和模型,解释了他们的光学特征也适用于实际的背景下混合钙钛矿。关键的成键特性保留,尽管有限的线性和角度的扭曲。
许多优秀的光电特性是由于这种不同寻常的关系。因此,额外的材料,使用这种形式的结合应该比较吸引亚博网站下载人的品质。
金属卤化物钙钛矿metavalent成键的另一个优点是,它增加了一个分子的原子数量。结果在高介电常数,保证带电缺陷筛查特别有效。这降低了缺陷分散和电荷载体寿命有积极影响。它还降低了电子运动之间的联系和晶格扭曲和发生的质量重正化。
我们也可以推断出至关重要的模式从量子力学数据,将支持未来的光伏电池的设计。电子共享和传播的数量b个x键金属卤化物钙钛矿的两个最重要的化学键特征。两个影响光学吸收。
佩尔斯变形增长当附近的原子之间交换电子的数量增加,减少轨道重叠。这降低了光学吸收和提高了能带。同样,作为铅硫属化合物类似,最近建立了促进电子传递降低光的吸光度,同时增加隙。
隙的电子转移和共享。用不同的颜色表示不同类型的债券,即。离子(黑),共价(红色)、金属(蓝色),metavalent(绿色),金属卤化物钙钛矿(浅绿色),氧化和钙钛矿(橙色)。像PbTe或CsSnI Metavalently保税系统3特点是分享对一个电子相邻原子和适度的电荷转移,导致带隙,强烈的光吸收,和小的有效质量。共享和电子转移的数量可以用来调整能带和相关光伏性质。
引用
Wuttig, M。,et al。(2021)。金属卤化物钙钛矿:先进的光伏材料授权通过一个独特的结合机制。亚博网站下载先进功能材料。亚博网站下载首次出版:2021年10月23日。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202110166
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