Electronic and Optical Properties of Inorganic Lead-free Perovskite Cs3Bi2I9

有机-无机卤化钙钛矿材料因其优异的光电性质而被广泛应用于太阳电池中，然而材料及器件的稳定性及含铅问题却严重制约其生产发展。与杂化钙钛矿相比，无机非铅钙钛矿Cs3Bi2I9因具有更强的稳定性和环境友好性受到人们的广泛关注。Cs3Bi2I9具有单斜、三角和六方三种晶型，目前，对Cs3Bi2I9的理论和实验研究主要集中在六方相。本文基于密度泛函理论的第一性原理对Cs3Bi2I9单斜、三角和六方相的电子性质、载流子有效质量（m*）、稳定性和光学性质进行了理论研究。结果表明，三种晶相具有相近的稳定性，三角相以其具有较小的直接带隙（1.21 eV）性质成为最具研究潜力的对象。三种晶相的m*均具有沿a、b方向各向同性和沿c方向各向异性的特点，三角相的电子有效质量最小、且沿a方向的电子有效质量小于c方向。相比单斜和六方相，三角相Cs3Bi2I9的光学性质均发生红移现象、具有更优异的光吸收性能。此外，三种晶相的光学性质也表现出沿a、b方向的各向同性和沿c方向的各向异性性质，且沿a方向的光吸收性能优于c方向。因此，对于Cs3Bi2I9钙钛矿，期待三角晶相沿a方向在光电子器件方面有较好的贡献。