《Ni/Pd/Pt摻雜的BaTi1-xCoxO3薄膜帶隙工程的理論研究》是依託蘇州科技大學，由馬春蘭擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Ni/Pd/Pt摻雜的BaTi1-xCoxO3薄膜帶隙工程的理論研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：馬春蘭
- 依託單位：蘇州科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
吸收和利用太陽能是解決能源危機和環境問題的一條重要途徑。目前廣泛使用的光伏器件,太陽能轉換效率太低，研製高效光伏器件成為當務之急。本項目結合密度泛函理論與動力學平均場理論，研究BaTi1-xCoxO3薄膜中過渡金屬Co的摻雜濃度、Ni/Pd/Pt替代Co的比例、氧空位的濃度、原子的相對位置及薄膜的厚度對薄膜的結構穩定性、帶隙、極性、電子結構和透光性能的影響。目的是設計一種多層膜，各層薄膜的帶隙為直接帶隙，帶隙大小逐層減小（2.0 eV ～1.6 eV），對應的吸收峰波長從621 nm增加到776 nm。因這些吸收峰覆蓋太陽光譜輻照度強的主要能譜，因此該多層膜結構對太陽光具有極高的吸收效率。設計的薄膜具有較好的電荷分離性質，因而可獲得較高的太陽能轉換效率。我們的研究不僅具有重要的理論價值，可推進對強關聯電子體系的理解；同時具有重要的套用價值，可縮短高效光伏器件的開發周期。
結題摘要
用基於局域密度近似（LDA）和Heyd–Scuseria–Ernzerhof (HSE)雜化密度泛函的第一性原理方法，研究了：Co摻雜濃度對體材料BaTiO3帶隙的影響；Ni/Pd/Pt替代BaTi1-xCoxO3中部分Co對其帶隙的影響；氧空位對Co摻雜和(Co, Ni)/(Co, Pd)/(Co, Pt)共摻雜體系帶隙的影響；各體系的極化特性。主要工作和研究成果如下：（1）用LDA方法和HSE雜化密度泛函方法計算BaTiO3的帶隙，結果分別為1.74 eV和3.3 eV，後者與實驗值(3.4 eV)符合得很好。（2）構建了32種摻雜體系，用LDA最佳化結構，HSE計算電子結構，發現有9種體系符合高效太陽能電池材料的帶隙要求。其中單原子摻雜有5種：BaTi0.875Pd0.125O3與BaTi0.75Pd0.25O3帶隙分別為1.85 eV和1.95 eV，BaTi0.875Co0.125O2.875、BaTi0.926Co0.074O2.926和BaTi0.963Co0.037O2.963帶隙分別為1.95 eV、1.92 eV和1.90 eV；(Co, Ni)/(Co, Pd)/(Co, Pt)共摻有4種：BaTi0.75Co0.125Pd0.125O2.75帶隙為1.95 eV，BaTi0.926Co0.037Ni0.037O2.926帶隙為1.80 eV，BaTi0.926Co0.037Pd0.037O2.926帶隙為1.86 eV，BaTi0.926Co0.037Pt0.037O2.926帶隙為1.86 eV。電子結構分析表明，摻雜Pd引入的Pd_4d態提供新的導帶底，比原來Ti_3d導帶底更靠近費米面，從而降低了帶隙。對於(Co, Ni)/(Co, Pd)/(Co,Pt)共摻雜情形，Co 3d能帶稍稍跨過費米面，產生部分空穴，當氧空位存在，氧空位提供的電子填滿這些空穴，則產生新的能級較高的價帶頂，從而減小帶隙。其中（Co, Pd）共摻雜情形，價帶頂升高與導帶底降低同時發生，從而帶隙大大減小。（3）發現上述9種體系中有8種保留有較好的極化特性，其中(Co, Ni)/(Co, Pd)/(Co, Pt)共摻雜體系極化較強，不含Co的單摻雜體系極化較弱，表明Co對保留鈦酸鋇的極化性質起著非常重要的作用。本項目工作可為研製高效光伏器件提供重要的理論依據。
