基于第一性原理计算的钙钛矿结构潜在热电材料 $\mathrm{CsMI_3}$ (M=Sn和Pb)

$\mathrm{CsMI_3}$ (M=Sn和Pb) 卤化物钙钛矿的热电性质通过结合第一性原理计算和半经典玻尔兹曼输运理论进行研究，同时考虑电子和声子输运。电子部分使用修正的 Becke-Johnson (mBJ) 交换势并执行自旋轨道耦合 (SOC) 完成，而声子部分使用广义梯度近似 (GGA) 计算。发现 SOC 对 n 型功率因子有显著的不利影响，而在 p 型掺杂中影响可忽略，这可通过考虑 SOC 对导带和价带的影响来解释。计算结果显示 $\mathrm{CsSnI_3}$ 和 $\mathrm{CsPbI_3}$ 中极低的晶格热导率，相应的室温晶格热导率为 0.54 $\mathrm{W m^{-1} K^{-1}}$ 和 0.25 $\mathrm{W m^{-1} K^{-1}}$。在 1000 K 时，具有散射时间 $\tau$=$10^{-14}$ s 的 $\mathrm{CsSnI_3}$ 和 $\mathrm{CsPbI_3}$ 的最大品质因数 $ZT$ 分别高达 0.63 和 0.64，而 $\tau$=$10^{-15}$ s 时的峰值 $ZT$ 分别为 0.49 和 0.41。这些结果使我们相信钙钛矿结构中的 $\mathrm{CsMI_3}$ (M=Sn和Pb) 可能是潜在的热电材料。