1. 研究目的与意义
背景：存储和利用太阳能是解决能源危机和环境问题的一条重要途径。目前广泛使用的光伏器件光电转换效率太低，通常不到30%。为了提高硅太阳能电池的转换效率，研究人员在硅的表面覆盖纳米颗粒。利用散射增加光入射到硅电池的几率，以提高太阳能转换效率。由于散射过程本身会损失大量太阳能，因此研制高效的单相光伏材料是提高光电转换效率的有效方法。理想的单相光伏材料应该具有1.6 eV～2.0 eV的带隙（与太阳辐照度较高的谱范围重叠），应该具有好的电荷-载流子分离性质以便有效地存储太阳能。ABO3型（A为碱土金属元素或稀土元素，B为过渡金属）铁电钙钛矿结构材料具有极好的电荷分离性质， 如果调节其带隙到1.6 eV～2.0 eV范围，则适合用作光伏材料。最初，人们研制的光伏材料含铅。出于环保的考虑，人们开始研制无铅铁电钙钛矿光伏材料。目前大多数固态氧化物铁电体带隙大于3 eV，主要吸收紫外区域的太阳光谱，由于紫外光只含8%的太阳光谱，因此太阳能转换效率太低。为了提高转换效率，必须降低这些铁电钙钛矿材料的带隙。研究发现掺杂可以改变无铅BaTiO3的带隙。目的：通过改变BaTi1-xPdxO3薄膜厚度，来对材料的带隙进行调整，并通过电子结构计算，分析带隙改变的机理。
意义：通过研究分析BaTi1-xPdxO3薄膜厚度改变材料带隙的机理，为新型光伏材料研制提供指导，缩短光伏材料器件设计制备周期。
2. 研究内容和预期目标
研究内容：（1）建立batio3基pd掺杂体材料晶胞模型，采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，优化体材料bati1-xpdxo3掺杂体系晶格结构，计算电子结构，分析总态密度与分态密度、能带结构，计算带隙，并从态密度角度分析带隙来源。
（2）在体材料优化基础上，建立bati1-xpdxo3薄膜模型，真空层厚度为16?，优化bati1-xpdxo3薄膜晶格结构，计算电子结构，比较与体材料之间的差别，并分析原因。
（3）改变bati1-xpdxo3薄膜的晶胞层数n（即为改变薄膜厚度），计算电子结构，给出能带结构（包括带隙大小和性质），并同过分态密度图，分析带隙变化的机理。
3. 研究的方法与步骤
研究方法：采用基于密度泛函理论的第一性原理方法
研究步骤：
(1) 建立batio3基pd掺杂体材料晶胞模型，优化得到基态机构；
4. 参考文献
[1] p.e. blchl, “projector augmented-wave method”. phys. rev. b 50 (1994) 17953–17979.[2] g. kresse, j. furthmüller, “ efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set phys”. rev. b 54 (1996) 11169–11186.
[3] g. kresse, d. joubert,“from ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method phys”. rev. b 59 (1999) 1758–1775.
[4] j.p. perdew, k. burke, m. ernzerhof, “generalized gradient approximation made simple”. phys. rev. lett. 77 (1996) 3865–3868.
5. 计划与进度安排
(1) 2022-12-6～2022-02-19复习固体理论和量子力学方面的有关知识；学习基本的linux命令；学习用vesta软件作晶体结构图；学习vasp软件的应用，学习如何建立输入文件，如何用vasp计算电子结构，如何从输出文件中获取需要的数据，并用origin作态密度图。
(2) 2022-02-20～ 2022-03-12
调研有关薄膜厚度对钛酸钡基掺杂材料电子结构影响的相关理论和实验的文献资料，提出研究方案，完成开题报告，请指导老师审核开题报告。
