碱基金属M3ClO反钙钛矿光伏材料的第一性原理设计与高效无铅太阳能电池性能评估

本研究针对全球对高效无毒钙钛矿太阳能电池材料的迫切需求，来自某团队的研究人员通过第一性原理计算与SCAPS-1D器件仿真，系统研究了K3ClO、Rb3ClO、Cs3ClO等碱基反钙钛矿材料。结果表明这些材料具有可调带隙（1.566-1.97 eV）、强紫外-可见光吸收特性和优异机械性能，其中K3ClO器件效率预测达25.39%，为开发环境友好型高效太阳能电池提供了重要理论依据。

　　

随着全球对高效无毒钙钛矿替代材料的迫切需求，研究人员对碱基金属反钙钛矿材料M₃ClO（M=K, Rb, Cs, Fr）展开了系统性研究。通过第一性原理计算（First-principles calculations）深入解析了这些材料的结构特征、电子特性、机械性能、光学响应和热力学行为，并结合SCAPS-1D器件仿真平台进行了光伏性能验证。

研究显示，K₃ClO、Rb₃ClO和Cs₃ClO均表现出良好的热力学稳定性和机械稳定性，其中K₃ClO和Rb₃ClO的带隙值分别为1.97 eV和1.566 eV，处于可见光吸收的最优区间。光学分析表明这些材料具有强烈的紫外-可见光吸收能力、低反射率和高介电响应，特别是K₃ClO展现出优异的光捕获特性。机械性能测试揭示Cs₃ClO和Fr₃ClO具有出色的延展性和柔韧性，适用于可穿戴光伏设备。

通过优化吸收层厚度、浅受主浓度、缺陷密度等器件参数，SCAPS-1D仿真预测K₃ClO、Rb₃ClO和Cs₃ClO的光电转换效率分别达到25.39%、23.31%和19.72%。这项研究不仅揭示了碱基反钙钛矿材料在光伏应用中的巨大潜力，更为设计新一代环境友好型太阳能电池提供了重要的材料学依据。