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                        	快資訊丨CsSncl3鈣鈦礦在壓力下半導體向金屬轉變，具有優異的光電性能                        
                            
                        
      							
                            發布時間：2023-04-17 11:12:38					
                            文章來源：軟服之家
                      
      

                        
      
                        	【MS應用實例】CsSncl3鈣鈦礦在壓力下半導體向金屬轉變，具有優異的光電性能-關注泰科科技??做模擬不迷路?摘要：無機無毒金屬鹵化物鈣鈦礦                        
      

						
						
      
            				
      關注泰科科技 做模擬不迷路

      【資料圖】
      摘要：無機無毒金屬鹵化物鈣鈦礦在光電器件的商業化中占據主導地位。利用密度泛函理論進行了第一性原理模擬，研究了無毒的CsSncl3金屬鹵化物在40GPa以下各種靜水壓力下的結構、光學、電子和力學性能。光學函數分析表明，隨著壓力的增強，CsSncl3鈣鈦礦的吸收邊明顯向低能區(紅移)偏移。吸收率、電導率和介電常數也隨壓力的增大而增大。力學性能研究表明，CsSncl3鈣鈦礦具有良好的力學穩定性和延展性，且延展性隨壓力的增大而增大。電子性質研究表明，CsSncl3在高壓下發生半導體向金屬轉變。在靜水壓力下所有這些變化背后的物理學已經在現有的科學理論中進行了詳細的分析和解釋。
      引言：近年來，著名的amx3分子式(其中，A=陽離子，M=金屬離子，X=鹵素陰離子)的金屬鹵化物鈣鈦礦材料因其顯著的太陽能電池性能和卓越的光電特性而引起了研究者的廣泛關注，這些特性包括吸收光譜范圍廣，光學吸收增強，禁帶可調，電荷擴散延長，載流子遷移率高，載流子有效質量低。
      本研究利用密度泛函理論(DFT)詳細研究了各種靜水壓力對CsSncl3金屬鹵化物結構、電子、光學和機械性能的影響，并將其應用于高精度太陽能電池和其他可能的光電器件。
      計算細節
      利用CASTEP(Cambridge Serial Total Energy Package)模塊中存在的基于DFT的平面波贗勢技術進行了從頭算。在Perdew-Berke-Ernzerhof(PBE)的簡化形式中插入了GGA(廣義梯度近似)來計算交換相關能。利用Vanderbilt模型的超軟贗勢對電子-離子相互作用進行了處理。彈性常數的計算采用CASTEP中插入的有限應變理論。
      結果與討論
      用VESTA43繪制了CsSnCl3的立方晶體結構，如圖1所示。晶體的單位胞由五個原子和一個公式單位組成。
      施加靜水壓力對晶格參數和單元體積的影響如圖2a、b所示。從圖2中可以看出，隨著壓力的增加，晶格參數和胞體體積呈平穩下降趨勢，表明原子間的空間在減小。原子間的排斥作用增強，導致壓力升高時晶體壓縮硬度增大。
      分析的CsSncl3鈣鈦礦的光學吸收分布如圖3所示。光吸收系數是了解材料吸收光能能力的一個重要標準，因此提供了關于材料的太陽能轉換效率的重要信息，這是在性能突出的太陽能電池和其他光伏設備中實際應用材料所必需的。從圖3a可以看出，隨著壓力的增強，CsSncl3金屬鹵化物的吸收邊向低能區(紅移)方向移動。
      圖4a在光子能量為30eV時，幾種靜水壓力下的電導率譜(真實部分)。圖4b顯示了CsSncl3金屬鹵化物在不同施加壓力下光子能量高達40eV時的反射率譜。
      關鍵電子性質(能帶結構和態密度)的分析對于深入理解光學功能是非常重要的。不同壓力下CsSnCl3的能帶結構如圖5所示。
      而在6GPa、8GPa和10GPa壓力下，費米能級的TDOS值可以忽略不計，如圖6所示。
      而TDOS值在20GPa時非零且顯著，揭示了CsSncl3金屬鹵化物在此壓力下發生了半導體-金屬相變。為了進一步清晰地理解，我們在圖7中展示了接近費米能級的TDOS值。
      v值隨著壓力的增加而增大，預示著施加外部壓力可以進一步提高延性。圖8a、B分別顯示了CsSnCl3鈣鈦礦的B/G和v隨壓力的變化，以便進一步清楚地了解鈣鈦礦的延展性行為。從圖8中可以明顯看出，CsSnCl3的延展性隨著壓力的增加而增加，因此壓力可以成為制造高延性的CsSnCl3器件的有效方法。
      總 結
      簡而言之，利用基于dft的CASTEP模塊，研究了靜水壓力下立方CsSncl3金屬鹵化物的結構、彈性、光學和電子性能。CsSncl3的晶格常數和胞體體積隨壓力的增大而減小。彈性模量隨壓力增大而增大，有利于CsSncl3的硬度。泊松比和普氏比的研究表明，CsSncl3材料的塑性親和性隨壓力的增加而增加，可以有效地應用于需要高延性的實際器件中。帶隙隨壓力的增大而減小，因此在高壓下CsSncl3發生半導體向金屬轉變。隨著壓力的增強，可見區域的光學吸收和電導率顯著提高，表明誘導壓力可顯著提高CsSncl3鈣鈦礦太陽能電池和其他光電器件的性能。本研究提供的方法將對其他類型鈣鈦礦的性能研究以及其他類型材料的光電器件建模具有重要意義。
      文章詳情：
      https://doi.org/10.1038/s41598-020-71223-3
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