钙钛矿太阳能电池中电荷输运机理和材料设计的理论研究

Perovskites solar cells (PSC) have an expansive developing foreground due to their low cost in fabrication and the high power conversion efficiency. In recent years there are plenty of experimental reports on PSC, but the theoretical studies are relatively rare and most of them only focus on the electronic structure and the optical properties. In this project, we will employ and modify advanced theoretical methods to investigate the structure-property relationship and the charge transport mechanism in PSC. The obtained results are expected to provide theoretical guidance on rational design and screening new materials for high-efficiency, stable, environment-friendly PSC. The research contents include three parts as following: (1) development of new parameters for DFTB method,(2) design of new perovskite materials, and (3) charge transport mechanism in PSC.

钙钛矿太阳能电池制造成本低，光电转化效率高，具有广阔的发展前景。近年来关于钙钛矿太阳能电池的实验研究很多，但理论研究相对较少，而且绝大多数只关注材料的电子结构和光学性质。在本项目中，我们将运用和改进先进的理论化学方法，系统的研究钙钛矿太阳能电池中材料结构和性质的关系，揭示电荷输运的微观机理。得到的结果将为合理设计和筛选可用于制造高效、稳定、环境友好的钙钛矿太阳能电池的新型材料提供理论依据。研究内容主要包括以下三部分：（1）发展新的DFTB参数 （2）设计新的钙钛矿材料 （3）研究钙钛矿材料中的电荷输运机理。

本项目主要采用密度泛函理论(DFT)、含时密度泛函理论(TD-DFT)和紧束缚密度泛函理论(DFTB)的计算方法，结合动力学模拟，基于马库斯电子转移理论，系统研究了以钙钛矿太阳能电池为代表的几类太阳能电池中材料的光电性质和电荷输运机理，探索了影响器件稳定性的因素，并进行了相关的材料设计。所得到的结果为今后设计和筛选可用于制造高效、稳定、环境友好的太阳能电池的新材料提供理论依据。. 在本项目的资助下，已经发表SCI收录论文41篇。