Ni/Pd/Pt掺杂对BaTi1-xCoxO3光学带隙的影响

摘要

鉴于目前光伏器件太阳能转换效率较低，开发高效光伏材料成为研究热点。BaTiO3作为典型的钙钛矿铁电材料，具有自发极化，可有效抑制光生电子-空穴对复合，但其带隙高达3.4eV，不能高效吸收辐照度高的可见光波段。本论文应用第一性原理研究了Ni/Pd/Pt掺杂对BaTi1-xCoxO3的带隙和极化特性的影响，为高效光伏材料的研制提供理论指导。我们构建了2*2*2和3*3*3的BaTiO3超胞，分别研究了不同浓度的Co/Ni/Pd/Pt对Ti原子的替位式掺杂以及Ni/Pd/Pt与Co共掺杂对BaTiO3的带隙和极化特性的影响。我们得到BaTi0.875Pd0.125O3和BaTi0.75Pd0.25O3两种掺杂体系的带隙落在1.4～2.0eV之间，其中BaTi0.875Pd0.125O3带隙为直接带隙，且有较好的极化特性，表明BaTi0.875Pd0.125O3是潜在的高效光伏材料。钙钛矿结构过渡金属氧化物通常含有氧空位，使其性质发生改变，因此本论文进一步研究了氧空位对上述掺杂体系光伏性质的影响。研究发现BaTi0.75Co0.125Pd0.125O2.75、BaTi0.926Co0.037Ni0.037O2.926、BaTi0.926Co0.037Pd0.037O2.926和BaTi0.926Co0.037Pt0.037O2.926四种掺杂体系满足高效光伏材料带隙和极化特性的要求。期望我们的研究对基于BaTiO3的高效太阳能光伏材料的开发具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 钙钛矿光伏材料研究现状

1．2．1 钙钛矿光伏材料与p-n结太阳能电池原理

1．2．2 钙钛矿光伏材料的国内外研究进展

1．3 掺杂BaTiO3的性质

1．3．1 铁电体BaTiO3

1．3．2 掺杂对BaTiO3带隙和极化的影响

1．4 研究内容

第二章 理论方法

2．1 引言

2．2 多粒子系统薛定谔方程

2．3 Thomas-Fermi模型

2．4 Hohenberg-Kohn定理

2．5 Kohn-Sham方程

2．6 交换关联泛函

2．6．1 局域密度近似

2．6．2 广义梯度近似

2．6．3 杂化密度泛函

2．7 赝势方法

2．8 VASP软件介绍

第三章 Ba位或Ti位掺杂的BaTiO3结构稳定性及电子结构

3．1 Co／Ni／Pd／Pt替代Ti位或Ba位掺杂的结构稳定性

3．2 BaTiO3和BaNiO3电子结构比较

3．3 BaTi(Ni)O3和SrTi(Ni)O3电子结构比较

3．4 本章总结

第四章 较高浓度下Ni／Pd／Pt掺杂BaTi1-xCoxO3的光学带隙

4．1 掺杂体系缩写说明

4．2 各种掺杂体系光学带隙值

4．2．1 理论计算带隙值与实验测量值

4．2．2 各种掺杂体系的光学带隙值

4．3 BaTi0．875Pd0．125O3的光学带隙

4．4 BaTi0．75Pd0．25O3的光学带隙

4．5 BaTi0．875Pd0．125O3和BaTi0．75Pd0．2503的极化特性

4．6 包含氧空位的掺杂体系光学带隙

4．6．1 各种掺杂体系的缩写表示

4．6．2 各种掺杂情形下光学带隙值

4．6．3 BaTi0．875Co0．125O2．875和BaTi0．75Co0．125Pd0．125O2．75的光学带隙

4．6．4 BaTi0．875Co0．125O2．875和BaTi0．75Co0．125Pd0．125O2．75的极化特性

4．7 本章总结

第五章 较低浓度下Ni／Pd／Pt掺杂BaTi1-xCoxO3的光学带隙

5．1 各种掺杂体系缩写表示

5．2 各种掺杂体系光学带隙值

5．3 包含氧空位的各种掺杂体系光学带隙

5．3．1 各种掺杂情形的缩写表示

5．3．2 各种掺杂体系光学带隙值

5．3．3 BaTi0．963Co0．037O2．963和BaTi0．926Co0．074O2．926的光学带隙

5．3．4 (Co，Ni)／(Co，Pd)／(Co，Pt)共掺杂体系的光学带隙

5．3．5 五种满足带隙调控要求的掺杂体系极化特性

5．4 本章总结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

作者简历