不同濕度下雜化鈣鈦礦甲胺鉛碘表面穩(wěn)定性的分子模擬.pdf

1、雜化鈣鈦礦甲胺鉛碘(CH3NH3PbI3，又稱MAPbI3)在太陽能電池中常用作吸光層，其穩(wěn)定性直接影響太陽能電池的工作特性。MAPbI3晶體的結(jié)構(gòu)易受工作環(huán)境的濕度影響并造成太陽能電池效率的下降。由于晶體的自由表面比其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更易遭到破壞，研究濕度影響MAPbI3結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)鍵在于分析水分子與MAPbI3表面間的相互作用。目前實驗研究僅從現(xiàn)象上描述了濕度對MAPbI3晶體穩(wěn)定性的影響，并未對界面處兩者的相互作用進行深入分析。因此，開

2、展不同濕度下水分子在MAPbI3表面的吸附規(guī)律以及表面形成缺陷時的結(jié)構(gòu)等微觀性質(zhì)的研究，可更好地闡述濕度對MAPbI3晶體穩(wěn)定性的影響機理，為避免在實際使用過程中MAPbI3晶體晶格的破壞提供指導(dǎo)。
　　本文應(yīng)用分子模擬的方法構(gòu)建了MAPbI3理想晶體系統(tǒng)、[MAI]0和[PbI2]0表面與水滴的混合系統(tǒng)以及這兩種表面對水分子的吸附系統(tǒng)等7個計算模型，分析了MAPbI3晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)，探討了各表面的親疏水性、不同濕度下各表面水分子

3、的吸附量以及表面粒子的溶解能壘。
　　首先，本文進行了MAPbI3晶體的結(jié)構(gòu)及其結(jié)晶過程的研究，以驗證模擬中描述MAPbI3晶體的力場是否合理，分析了在300K、0.1MPa下MAPbI3晶體的理想結(jié)構(gòu)，根據(jù)所得結(jié)構(gòu)參數(shù)研究了同一溫度下前驅(qū)鹽配比PbI2∶MAI為1∶2、1∶1和2∶1的MAPbI3晶體結(jié)晶過程。結(jié)果表明，在一定程度上降低前驅(qū)鹽配比PbI2∶MAI將提高MAPbI3初生晶核的產(chǎn)量。這與實驗中獲得的規(guī)律相符，驗證了模

4、擬過程中用來描述MAPbI3晶體的力場模型具有一定的可靠性。
　　其次，本文進行了[MAI]0和[PbI2]0表面親疏水特性的研究，在300K下分別建立了含有[MAI]0和[PbI2]0兩種電中性表面的MAPbI3晶體塊與方形水滴相接觸的混合系統(tǒng);分析了界面處的主要作用力;研究了水滴在表面上的形態(tài);計算了表面與水分子間形成的接觸角。結(jié)果表明，水分子與[MAI]0表面間的作用力主要存在于OW-HN（與N原子相連）和HW-I原子對間，

5、而和[PbI2]0表面間的作用力主要存在于OW-Pb和HW-I原子對間;[PbI2]0表面具有更高的親水性;水滴與[MAI]0表面的接觸角為26±2°，這與實驗測得接觸角的穩(wěn)定值(270)相近，驗證了混合系統(tǒng)中選用的力場參數(shù)的可靠性。
　　最后，本文進行了不同濕度下MAPbI3晶體表面穩(wěn)定性的研究，計算了不同濕度下水分子在[MAI]0和[PbI2]0表面的吸附量以及不同溫度下各表面粒子在液態(tài)水中的溶解速度，分析了水分子在各表面的等