1. 研究目的与意义（文献综述）

在当前全球资源不断匮乏的今天，取之不尽、用之不竭的太阳能作为一种可再生的清洁能源，在人们生活中开始占据越来越高的地位。但是目前太阳能电池处于一个尴尬的境地:它们或者廉价低效，或者高效昂贵，而钙钛矿材料比晶体硅便宜，并且不需要昂贵的添加物，所以自2009年首次报道出光电转换效率为3.8%的ch3nh3pbi3钙钛矿太阳能电池以来，国内外对钙钛矿太阳能电池的研究如星火燎原般展开，在仅仅不到五年的时间内，其光电转换效率已达到20%。这充分说明了这种太阳能电池的发展潜力，不过，这种钙钛矿太阳能电池的稳定性比较差，效率与当前产品相比还比较低，还需要进一步的研究。

随着钙钛矿太阳能电池光电转换效率(pce)的一路飙升，人们越来越关注电池的器件寿命，稳定性以及无铅或少铅钙钛矿等环保材料的制备。传统的钙钛矿太阳能电池中使用的铅具有毒性，对人体健康和环境都有很大危害。因此，为了实现钙钛矿太阳能电池的商业化，也为了保护环境，我们使用sn来替代或部分替换钙钛矿材料中的pb，此外，有机一无机杂化的无铅或少铅钙钛矿ch3nh3mx3 (m= pb，sn;x=cl,br,i)还具有较高的光吸收系数、合适的能隙宽度、低成本的制备方法等优点，也提高了太阳能电池的性能。

目前，国内外对于无铅或少铅钙钛矿太阳能电池的研究还仅仅局限于sn2 和sr2 对pb2 的部分或全部替代，制备的电池器件效率还比较低，原因是含sn2 或sr2 的无铅或少铅钙钛矿材料稳定性变差，而且它与空穴传输材料之间的能级匹配度也变差。这也就导致了目前sn类钙钛矿太阳能电池的性能远低于pb类钙钛矿太阳能电池，因此，对sn类钙钛矿太阳能电池的的研究还需要进一步深入。

2. 研究的基本内容与方案

本次毕业设计中，我将以sn类钙钛矿材料ch3nh3sn1-xpbxi3为研究对象，从原子尺度对该材料的结构进行计算模拟，分析其组成和晶体结构对材料的化学物理稳定性、致密性等性能的影响，然后我们将得到的该材料的各种参数与现有的含铅钙钛矿材料ch3nh3pbi3进行对比，然后进行进一步的优化计算，使这种材料的性能尽可能的接近当前广泛使用的ch3nh3pbi3的性能。本次毕业设计中的计算模拟将使用vasp软件进行。

由于材料的离子半径不同可以导致材料的带隙不同，而材料的带隙不同会对太阳能电池的光伏特性产生较大影响。所以，为了得到高效的钙钛矿太阳能电池，我们可以调节金属锡和金属铅的比例，具体方案就是在vasp软件中改变ch3nh3sn1-xpbxi3中的x,得到x=1，0.75，0.5，0.25，0时钙钛矿材料的各项性能的数据，通过比较不同锡铅比下钙钛矿材料的态密度、带隙、转换效率等各项参数，最终得出一个最优的、铅含量较少的锡铅比。

此外，我们还可以通过改变掺杂卤素的比例来改变钙钛矿材料的性能。cl、br、i都可以用于制备钙钛矿材料，由于其离子半径的差异，也会导致最终结果的能隙和转换效率不同。同样在vasp软件中改变相应的x数值，然后比较不同卤素比例下材料的各项参数，得出一个最优的掺杂卤素的比例。这样就最终得到了一种比较优秀的无铅或少铅钙钛矿材料。

3. 研究计划与安排

1-3周：阅读不少于15篇的国内外相关文献资料，初步了解研究内容，了解研究所需要的文献，确定论文技术方案，完成开题报告。

4-6周：阅读相关参考文献，进一步了解研究内容，了解并熟悉vasp软件的使用方法，了解vasp软件的建模过程。

7-9周：运用vasp软件进行仿真，对sn类钙钛矿材料进行计算模拟，得到材料的各种参数。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]孙玉娇.钙钛矿型铁电及磁性材料压力效应的第一性原理计算[d].吉林大学,2016.

[2]罗岚,熊志华,周耐根.第一性原理铽掺杂钙钛矿型钆铝酸盐的电子结构计算[j].材料导报,2016,(s1):149-152.

[3]唐莹.钙钛矿型ch_3nh_3mx_3的结构和电子性质的第一性原理研究[d].大连理工大学,2015.