Angew Chem Int Ed:钙钛矿太阳能电池第一性原理计算最新进展

基于固态dye-sensitized solar cells (DSSCs)发展起来的钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells,PSC),在短短几年内,其效率从2009年的3.8%上升到22.1%的认证效率,表现出巨大的应用潜能,迅速成为学术界理论研究与实验研究关注的热点。这种效率的快速增加归因于有机—无机杂化卤化物钙钛矿光吸收层独特的电子结构与性能以及钙钛矿的成膜质量。为了进一步提高钙钛矿太阳能电池的效率,理解其优异性能的物理化学起源和机制,基于密度泛函理论的第一性原理计算显得尤为重要。此外,对钙钛矿材料结构和特性的充分理解对于钙钛矿太阳能电池材料的设计和性能的优化也是非常重要的。

来自西安建筑科技大学功能材料研究所(FML)云斯宁(通讯作者)新能源材料研究团队、法国国家科学研究中心的Jacky Even教授及瑞士洛桑联邦理工学院的Anders Hagfeldt教授近日在综述文章“Theoretical Treatment of CH3NH3PbI3 Perovskite Solar Cells”中系统总结了关于钙钛矿太阳能电池第一性原理计算的重要工作。

文章涵盖了有机—无机杂化钙钛矿太阳能电池材料理论研究的各个方向,包括:晶体结构和相变、电子结构、缺陷、自旋轨道耦合、范德华力、氢键、离子/空位迁移、位移电流、铁电性、光电流计算、特性曲线滞后、第一性原理新材料预测等等。文章不仅深入讨论了钙钛矿材料独特光电性能背后的物理机制,还从理论与实验相结合的角度对有机钙钛矿材料的研究提出了见解,对比了不同方法对最终计算结果的影响,指出了钙钛矿太阳能电池未来发展所面临的挑战,展望了钙钛矿太阳能电池下一步理论研究的发展方向,这为钙钛矿材料理论计算过程中计算方法的选择提供了重要参考,对钙钛矿太阳能电池的进一步发展具有重要的指导作用。该综述工作最近发表在Angew. Chem. Int. Ed.上(DOI:10.1002/anie.201702660)。

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