面向光电应用的无铅 Cs2MH6 (M = Ge, Sn) 空位有序双钙钛矿：第一性原理研究

《Scientific Reports》：Lead-free Cs2MH6 (M?=?Ge, Sn) vacancy-ordered double perovskites for optoelectronic applications: a first-principles study

　　

摘要

无铅空位有序双钙钛矿氢化物作为环保材料，正受到下一代光电应用的广泛关注。在本工作中，采用第一性原理密度泛函理论（DFT）计算，系统地研究了具有反萤石型 \({\text{Fm}}\overline{3}{\text{m}}\) 结构的立方 Cs₂GeH₆ 和 Cs₂SnH₆ 的晶体结构、弹性、电子、光学及热力学性质。结构优化得到的晶格常数分别为 8.620 ? 和 8.990 ?，而负的形成能证实了其热力学稳定性。声子色散分析未出现虚频模式，建立了动力学稳定性。弹性常数满足 Born 判据，表明 Cs₂GeH₆ 具有近各向同性的机械强度稳健的晶格，而 Cs₂SnH₆ 则表现出适度的各向异性。电子结构计算揭示，两种化合物均为直接带隙半导体，带隙分别为 1.60 eV（Cs₂GeH₆）和 1.80 eV（Cs₂SnH₆）。态密度和电荷密度分析表明，其键合方式为混合离子-共价键，主要由强 Cs–H 离子相互作用和孤立 [MH₆]^2? 八面体内部的共价 M–H 键主导。光学计算表明，在可见光范围内具有增强的介电响应和高的吸收系数。热力学分析显示 Cs₂GeH₆ 具有更刚性的晶格和更高的德拜温度。这些发现表明，Cs₂GeH₆ 和 Cs₂SnH₆ 是机械性能稳健、热稳定性好且光学可调的无铅钙钛矿氢化物，是光伏光电应用的有前景的候选材料。