鈣鈦礦型材料電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的第一性原理研究.pdf

1、21世紀(jì)以來，隨著環(huán)境和能源問題的日益嚴(yán)峻，為了實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，治理環(huán)境污染和開發(fā)新能源是目前科學(xué)工作者的重要研究方向之。利用半導(dǎo)體光催化技術(shù)進(jìn)行光解水制氫降解有機(jī)污染物方面的研究日益受到人們的重視，人們不斷探索尋找合成方法簡單，光響應(yīng)范圍寬，能夠充分吸收利用太陽光且光催化效率高的光催化劑。太陽能是地球上最豐富的可持續(xù)發(fā)展能源，因此如果能夠有效地利用太陽能，必將緩解甚至徹底解決能源問題，太陽能電池是一種非常有效的太陽能利用方式

2、。傳統(tǒng)的硅基太陽能電池雖然實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，有著較為成熟的市場(chǎng)，但其性價(jià)比還不能與傳統(tǒng)能源相競(jìng)爭(zhēng)，并且在制造生產(chǎn)過程中的污染和能耗問題較為嚴(yán)重。因此，研究和開發(fā)新型太陽能電池十分必要。鈣鈦礦薄膜太陽能電池近兩年脫穎而出，其光電轉(zhuǎn)換效率在近五年的時(shí)間從3.8％迅速提高到19.2％，甚至有科學(xué)家預(yù)言其光電轉(zhuǎn)換效率有望達(dá)到50％。本文利用第一性原理分別對(duì)BiVO3和CH3NH3SnI3進(jìn)行研究和計(jì)算。
　　首先，我們采用雜化泛函方法計(jì)算太陽

3、能電池吸收器鈣鈦礦CH3NH3SnI3的電子性質(zhì)和載流子遷移率。計(jì)算結(jié)果表明，電子和空穴的遷移速率具有各向異性，其沿y方向的空穴遷移速率高達(dá)1.4×103cm2V-1s-1。由于空穴和電子的遷移率不的同，鈣鈦礦CH3NH3SnI3可以視為P型半導(dǎo)體。同時(shí)，我們從態(tài)密度圖上發(fā)現(xiàn)價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底的軌道占據(jù)數(shù)與有效質(zhì)量和遷移速率的關(guān)系。綜上所述，我們的結(jié)果可以為電子應(yīng)用和光電材料提供可靠的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。
　　其次，我們基于密度泛函理論第一原理

4、計(jì)算方法對(duì)塊體BiVO3的電子結(jié)構(gòu)、磁性和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究和計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，鈣鈦礦BiVO3空間群為Pnma，通過對(duì)其總能的計(jì)算發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)為C型反鐵磁(C-AFM)，帶隙約1.79eV。從態(tài)密度圖上得到Bi-O之間和V-O之間的強(qiáng)雜化作用對(duì)鐵磁性的性質(zhì)有著至關(guān)重要的作用。此外，我們還對(duì)其光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明它在400nm和760nm可見光區(qū)域具有較強(qiáng)的光吸收作用，因此我們認(rèn)為BiVO3將是一種很有前途的光催化劑。我們的