《新型穩定無毒的鈣鈦礦太陽能材料的理論設計》是依託蘇州大學，由尹萬健擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型穩定無毒的鈣鈦礦太陽能材料的理論設計
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：尹萬健
- 依託單位：蘇州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於其優異的光電性能，基於CH3NH3PbI3的有機-無機雜化鈣鈦礦被認為是下一代太陽能電池的可選材料之一。然而目前其穩定性以及鉛元素的毒性等已成為制約其發展的關鍵因素。如何在眾多材料中尋找潛在的穩定無毒且保持雜化鈣鈦礦優異性能的材料成為目前亟待解決的問題。本項目提出結合局域電荷守恆規則與孤對電子約束的思路，採用元素替換方法，考察材料電子結構和缺陷與摻雜性質，在理論上設計一些可以與當前雜化鈣鈦礦媲美的環境友好的新型太陽能材料，為解決目前雜化鈣鈦礦存在的穩定性和毒性問題提供一條可行的方案。
結題摘要
本項目針對有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池出現的穩定性和鉛元素毒性的問題，通過對材料的結構穩定性、電學、光學以及缺陷性質的定量計算尋找一系列性能上可與雜化鈣鈦礦媲美甚至超越前者的新材料，為太陽能利用提供新材料儲備和理論基礎。為此，我們提出基於元素替換的方法，通過局域電荷守恆規則以及孤對電子約束的思路，系統研究了一類化學式為A2M(III)M(V)X6的硫族化合物雙鈣鈦礦【其中A= (Ca/Sr/Ba); M(III)= (Sb3+/Bi3+); M(V)= (V5+/Nb5+/Ta5+)；(X=O,S,Se)】的光學和電學性質，發現了Ba2SbV0.50Ta0.50O6，Ba2SbTaS6, Ba2BiNbS6, Ba2BiTaSe6等幾種新型鈣鈦礦材料；通過高通量計算了四種類型138種鈣鈦礦，研究了其穩定性與結構因子(t，μ，η)的關係，發現t-μ 圖可以很好的區分鈣鈦礦穩定區域和非穩定區域，並進一步發現鈣鈦礦的熱力學穩定性新描述符(μ+t)^η; 通過該因子作為判據來判斷鈣鈦礦的相對穩定性，正確率達到90%，諾貝爾化學獎得主Roald Hoffmann評價我們提出的新的描述符是對近百年來一直使用的鈣鈦礦穩定性描述符的近期擴展；我們進一步將機器學習和密度泛函理論計算相結合，建立了分解能與離子半徑的模型關係，研究了14,190個鹵化物雙鈣鈦礦的穩定性，機器學習的結果與已有的200多種稀土金屬鹵化物的實驗結果相吻合。我們的工作發展了新型鈣鈦礦太陽能材料設計的理論方法，在此基礎上設計了一些新型太陽能材料，為解決目前雜化鈣鈦礦存在的穩定性和毒性問題提供了理論依據。
