C3N4多型體和黃鉛礦結(jié)構(gòu)三元銅基化合物的第一性原理計(jì)算.pdf

1、電子能帶結(jié)構(gòu)能夠給出一個(gè)固體材料的電子和光學(xué)特征。計(jì)算材料的基態(tài)和激發(fā)態(tài)性質(zhì)是凝聚態(tài)物理的一個(gè)主要目標(biāo)。在過(guò)去的幾十年間，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)密度泛函理論，固體材料的基態(tài)性質(zhì)被廣泛的研究。但是，激發(fā)態(tài)性質(zhì)的從頭算研究近十年來(lái)才廣泛地開(kāi)展。目前，最適合于各種系統(tǒng)激發(fā)態(tài)性質(zhì)研究的方法是格林函數(shù)法。為了計(jì)算格林函數(shù)，我們必須計(jì)算非局域的能量相關(guān)的自能算符。理論的推導(dǎo)和計(jì)算表明GW方法能很好地近似求解自能。
　　全文共分為五章。第一章分為兩部分，其一

2、是總結(jié)了近年來(lái)有關(guān)石墨相C3N4光催化性質(zhì)的相關(guān)研究報(bào)道。石墨相C3N4在各方面有眾多優(yōu)點(diǎn)，在光催化領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，引起了我們對(duì)它進(jìn)行第一性原理理論研究的興趣。其二是回顧了有關(guān)太陽(yáng)能電池的背景及發(fā)展過(guò)程，介紹了相關(guān)計(jì)算工作的現(xiàn)狀和進(jìn)展。第二章中，我們?cè)敿?xì)闡述了計(jì)算的理論基礎(chǔ)，包括密度泛函理論、DFT+U、GW近似、Bethe-Salpeter方程等等。GW近似和Bethe-S alpeter方程是本文的理論重點(diǎn)。第三章中，我們計(jì)

3、算了七種不同結(jié)構(gòu)C3N4的準(zhǔn)粒子能帶結(jié)構(gòu)，并計(jì)算了石墨相C3N4的光吸收譜，發(fā)現(xiàn)石墨相C3N4的電學(xué)及光學(xué)性質(zhì)符合了光催化劑的條件。第四章中我們研究了Cu-Ⅲ-VI2族化合物的能帶結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)此類化合物均為直接帶隙半導(dǎo)體，并計(jì)算了CuAlS2和CuGaS2的光吸收譜。
　　本文的主要成果如下:
　　1.計(jì)算得到了α-C3N4、β-C3N4、立方相、偽立方相和石墨相C3N4的準(zhǔn)粒子能帶結(jié)構(gòu)，證明了GW近似可以大幅度修正DFT能帶

4、結(jié)構(gòu)，得到與實(shí)驗(yàn)值一致的結(jié)果。
　　2.采用BSE方法計(jì)算了石墨相C3N4的光吸收譜，討論了電子空穴對(duì)相互作用對(duì)激發(fā)態(tài)性質(zhì)的影響。
　　3.針對(duì)Cu-Ⅲ-VI2族化合物，我們重新構(gòu)造了包含3s和3p電子的Cu原子的PAW贗勢(shì)。使用GGA+U方法對(duì)Cu的3d電子進(jìn)行自相互作用修正，得到了比GGA更準(zhǔn)確的能帶結(jié)構(gòu)。
　　4.計(jì)算并討論了CuAlS2和CuGaS2的光吸收譜，推導(dǎo)出了CuAlS2的反射率曲線，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻