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算.pdf

1、電子能帶結(jié)構(gòu)能夠給出一個固體材料的電子和光學(xué)特征。計算材料的基態(tài)和激發(fā)態(tài)性質(zhì)是凝聚態(tài)物理的一個主要目標(biāo)。在過去的幾十年間，通過標(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才廣泛地開展。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。為了計算格林函數(shù)，我們必須計算非局域的能量相關(guān)的自能算符。理論的推導(dǎo)和計算表明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)了近年來有關(guān)石墨相C3N4光催化性質(zhì)的相關(guān)研究報道。石墨相C3N4在各方面有眾多優(yōu)點，在光催化領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，引起了我們對它進行第一性原理理論研究的興趣。其二是回顧了有關(guān)太陽能電池的背景及發(fā)展過程，介紹了相關(guān)計算工作的現(xiàn)狀和進展。第二章中，我們詳細(xì)闡述了計算的理論基礎(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。第三章中，我們計

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，并計算了CuAlS2和CuGaS2的光吸收譜。
　　本文的主要成果如下:
　　1.計算得到了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)，得到與實驗值一致的結(jié)果。
　　2.采用BSE方法計算了石墨相C3N4的光吸收譜，討論了電子空穴對相互作用對激發(fā)態(tài)性質(zhì)的影響。
　　3.針對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。使用GGA+U方法對Cu的3d電子進行自相互作用修正，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，與實驗結(jié)果基本吻