太陽(yáng)能電池利用材料的光生伏打效應(yīng)將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為電能,可有效減少化石能源消耗、降低溫室氣體排放,具有廣闊應(yīng)用前景。太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率主要受內(nèi)部吸光層和透光層材料的光電特性控制。優(yōu)異的太陽(yáng)能電池要求:吸光層具有高光電轉(zhuǎn)換效率;透光層具有高透光性和導(dǎo)電性。鈣鈦礦鹵化物,具有高光電轉(zhuǎn)換效率（~22.7%）、低制造成本,是具有重要應(yīng)用前景的光吸收材料,但面臨穩(wěn)定性差和具有毒性等問(wèn)題。透明導(dǎo)電氧化物（TCO）是重要的透光層材料,但可供選擇的種類(lèi)稀少（大多數(shù)材料不能同時(shí)滿(mǎn)足高透光性和高導(dǎo)電性）且制造成本高（占整個(gè)電池成本的20%-30%）。本論文從制約太陽(yáng)能電池性能的這兩個(gè)主要部件所面臨的問(wèn)題出發(fā),采用基于密度泛函理論的第一性原理從頭算方法,結(jié)合先進(jìn)的“材料基因設(shè)計(jì)”方法,開(kāi)展了系統(tǒng)性的光電功能材料設(shè)計(jì)和優(yōu)化研究,獲得如下創(chuàng)新性成果:1.基于“價(jià)帶化學(xué)調(diào)制:s-p態(tài)耦合”的設(shè)計(jì)理念,預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)了兩類(lèi)潛在的高性能p型TCO材料:針對(duì)二價(jià)Sn（II）化合物具有潛在優(yōu)異空穴導(dǎo)電的特性,系統(tǒng)開(kāi)展了錫磷酸鹽和堿土金屬錫酸鹽體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。1)理論預(yù)言了新型化合物SnP₂O

【文章頁(yè)數(shù)】：146 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
論文提要
中文摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 太陽(yáng)能電池的發(fā)展現(xiàn)狀
    1.2 太陽(yáng)能電池透光層材料的基本性質(zhì)和問(wèn)題
    1.3 太陽(yáng)能電池吸光層材料基本的性質(zhì)和問(wèn)題
    1.4 太陽(yáng)能電池材料優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
    1.5 論文選題的目的和意義
第二章 理論背景和計(jì)算方法
    2.1 基本量子力學(xué)概述
        2.1.1 薛定諤方程
        2.1.2 變分原理
        2.1.3 量子力學(xué)方法的限制
    2.2 密度泛函理論
        2.2.1 Thomas-Fermi模型
        2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.3 Kohn-Sham方程
        2.2.4 交換關(guān)聯(lián)泛函
    2.3 材料設(shè)計(jì)方法
        2.3.1 結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法
        2.3.2 高通量計(jì)算方法
第三章 太陽(yáng)能電池透光層材料的理論設(shè)計(jì)與光電性質(zhì)研究
    3.1 背景介紹
    3.2 計(jì)算細(xì)節(jié)
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 基于錫(II)磷酸鹽的p型TCO新材料設(shè)計(jì)
        3.3.2 基于堿土金屬錫(II)酸鹽的p型TCO新材料設(shè)計(jì)
    3.4 本章小結(jié)
第四章 太陽(yáng)能電池吸光層材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)與物性研究
    4.1 新型鈣鈦礦鹵化物光伏材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)
        4.1.1 背景介紹
        4.1.2 計(jì)算方法
        4.1.3 結(jié)果與討論
            4.1.3.1 以功能為導(dǎo)向的單鈣鈦礦鹵化物吸光材料的理論設(shè)計(jì)
            4.1.3.2 基于離子交換的雙鈣鈦礦鹵化物吸光材料的理論設(shè)計(jì)
            4.1.3.3 新型鈣鈦礦鹵化物光伏材料設(shè)計(jì)的綜述
        4.1.4 本節(jié)小結(jié)
    4.2 鈣鈦礦鹵化物中有機(jī)小分子的結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)光電性能的影響
        4.2.1 背景介紹
        4.2.2 計(jì)算方法
        4.2.3 結(jié)果與討論
        4.2.4 本節(jié)小結(jié)
    4.3 二維自發(fā)地轉(zhuǎn)換為三維單軸向的大顆粒鈣鈦礦α-HC(NH_2)PbI_3的機(jī)理研究
        4.3.1 背景介紹
        4.3.2 計(jì)算方法
        4.3.3 結(jié)果與討論
        4.3.4 本節(jié)小結(jié)
    4.4 基于鐵酸鉍的鐵電光伏材料的理論設(shè)計(jì)
        4.4.1 背景介紹
        4.4.2 計(jì)算細(xì)節(jié)
        4.4.3 結(jié)果與討論
        4.4.4 本節(jié)小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)介及科研成果
攻讀研究生期間公開(kāi)發(fā)表的學(xué)術(shù)論文


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Large area perovskite solar cell module[J]. Longhua Cai,Lusheng Liang,Jifeng Wu,Bin Ding,Lili Gao,Bin Fan.  Journal of Semiconductors. 2017(01)



本文編號(hào)：3683056