【摘 要】
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能源是人类社会发展的重要物质基础。支持世界能源产出的仍然是以石油、天然气和煤炭三大化石能源为主,化石能源在未来较长时期仍将是人类生存和发展的主体能源。而化石能源的耗竭成为限制人类社会发展的重大问题。太阳能电池能够通过光电效应或者光化学效应直接把太阳能转化为电能,对调整能源结构、推进能源生产和消费革命均具有重要意义。钙钛矿太阳能电池（PSCs）具有成本低、效率高、制备工艺简单、柔韧性好的优势,已成为
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能源是人类社会发展的重要物质基础。支持世界能源产出的仍然是以石油、天然气和煤炭三大化石能源为主,化石能源在未来较长时期仍将是人类生存和发展的主体能源。而化石能源的耗竭成为限制人类社会发展的重大问题。太阳能电池能够通过光电效应或者光化学效应直接把太阳能转化为电能,对调整能源结构、推进能源生产和消费革命均具有重要意义。钙钛矿太阳能电池（PSCs）具有成本低、效率高、制备工艺简单、柔韧性好的优势,已成为发展最快的新能源器件之一。然而,钙钛矿太阳能电池的长期稳定性问题,尤其湿稳定性问题,严重限制了钙钛矿太阳能电池的大规模产业化应用。因此,从原子尺度上更系统深入地理解钙钛矿材料在潮湿条件下的降解机制对提高钙钛矿太阳能电池的湿稳定性、促进钙钛矿太阳能电池的产业化应用、解决日益严峻的能源问题有着重大意义。本文运用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了 CH3NH3PbX3（X=I,Br,C1）钙钛矿材料的湿稳定性。通过比较以CH3NH3X和PbX2作为截止面的CH3NH3PbX3（X=I,Br,Cl）钙钛矿材料在真空以及有水环境中的结构、电子结构、光吸收以及激发态动力学过程,我们发现:1.相较于以PbX2作为截止面的钙钛矿材料,水分子更易侵蚀以CH3NH3X作为截止面的钙钛矿材料,这是因为水分子在PbX2截止面上的吸附能约为2 eV,非常稳定,水分子很难进入钙钛矿内部从而影响钙钛矿的稳定性;2.水对三种钙钛矿材料稳定性的影响依次为:CH3NH3PbI3>CH3NH3PbBr3>CH3NH3PbC13,这是因为随着原子序数的增大,卤素原子的电负性逐渐减弱,Pb-X键的键能逐渐减小,因而CH3NH3PbI3更容易受到水分子的影响;3.水分子的浸入反而能够增加以CH3NH3X为截止面的CH3NH3PbX3的激发态载流子寿命,而对以PbX2为截止面的CH3NH3PbX3的激发态载流子寿命基本没有影响。本文从原子尺度细致地研究了水分子对两种不同截止面的CH3NH3PbX3（X=I,Br,C1）钙钛矿材料的结构、电子结构、光吸收、激发态载流子寿命的影响,有助于帮助我们系统深入地理解CH3NH3PbX3（X=I,Br,Cl）钙钛矿材料的湿降解机制,为提高钙钛矿材料的湿稳定性、优化钙钛矿太阳能电池的器件性能提供理论支撑和新思路。
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