鈣鈦礦型材料電子結構和光學性質(zhì)的第一性原理研究.pdf

1、21世紀以來，隨著環(huán)境和能源問題的日益嚴峻，為了實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展，治理環(huán)境污染和開發(fā)新能源是目前科學工作者的重要研究方向之。利用半導體光催化技術進行光解水制氫降解有機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現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，有著較為成熟的市場，但其性價比還不能與傳統(tǒng)能源相競爭，并且在制造生產(chǎn)過程中的污染和能耗問題較為嚴重。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間從3.8％迅速提高到19.2％，甚至有科學家預言其光電轉(zhuǎn)換效率有望達到50％。本文利用第一性原理分別對BiVO3和CH3NH3SnI3進行研究和計算。
　　首先，我們采用雜化泛函方法計算太陽

3、能電池吸收器鈣鈦礦CH3NH3SnI3的電子性質(zhì)和載流子遷移率。計算結果表明，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型半導體。同時，我們從態(tài)密度圖上發(fā)現(xiàn)價帶頂和導帶底的軌道占據(jù)數(shù)與有效質(zhì)量和遷移速率的關系。綜上所述，我們的結果可以為電子應用和光電材料提供可靠的實驗指導。
　　其次，我們基于密度泛函理論第一原理

4、計算方法對塊體BiVO3的電子結構、磁性和光學性質(zhì)進行了研究和計算。計算結果表明，鈣鈦礦BiVO3空間群為Pnma，通過對其總能的計算發(fā)現(xiàn)其結構為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之間的強雜化作用對鐵磁性的性質(zhì)有著至關重要的作用。此外，我們還對其光學性質(zhì)進行了計算，計算結果表明它在400nm和760nm可見光區(qū)域具有較強的光吸收作用，因此我們認為BiVO3將是一種很有前途的光催化劑。我們的