无铅双钙钛矿K2InSbCl6光电特性的理论计算与光电器件应用潜力研究

本研究针对铅基钙钛矿的环境毒性问题，采用密度泛函理论(DFT)结合FP-LAPW方法系统研究了无铅双钙钛矿K2InSbCl6的结构稳定性（形成能-2.48 eV/atom）、直接带隙(1.01 eV)及紫外-可见光区强吸收特性，为开发新型环保光电器件材料提供了理论依据。

　　

在能源危机与环境问题日益严峻的背景下，传统铅基钙钛矿虽具有优异的光电转换效率，但其铅毒性制约了商业化应用。近年来，无铅双钙钛矿(Double Perovskites, DPs)因其可调带隙、环境友好等特性成为研究热点，但关于钾基K₂InSbCl₆体系的系统性研究仍属空白。

研究人员采用基于密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)的全势线性缀加平面波(FP-LAPW)方法，结合WIEN2k软件包开展计算。通过PBE-GGA优化结构参数，并利用改进的Becke-Johnson(mBJ)势精确计算电子结构。光学性质分析采用Kramers-Kronig变换处理介电函数数据。

3.1. 结构特性
晶体结构解析显示K₂InSbCl₆属于Fm-3m空间群，[InCl₆]^3-和[SbCl₆]^3-八面体通过角共享形成三维框架。负的形成能(-2.48 eV/atom)和0.96的容忍因子证实其热力学稳定性，立方晶格常数7.42 ?与实验值高度吻合。

电子特性
mBJ计算揭示该材料具有Γ-Γ直接带隙(1.01 eV)，价带顶由Cl-3p和Sb-5s轨道杂化构成，导带底源于In-5s态，这种独特的电子结构有利于光生载流子分离。

光学性能
介电函数分析显示在紫外区(4-6 eV)存在强吸收峰，消光系数达10⁵ cm^-1量级。折射率在可见光区维持在2.1-2.3，反射损失低于15%，表明其适合作为光伏器件活性层。

该研究首次从理论上证实K₂InSbCl₆兼具环境友好性与优异光电性能，其直接带隙特性克服了多数双钙钛矿间接带隙的缺陷，1.01 eV带隙值与理想光伏材料(SQ极限)高度匹配。研究为开发新一代无铅光电器件提供了重要候选材料，相关计算方法对同类材料研究具有范式意义。论文发表于《Next Research》。