新型太阳能电池材料的理论设计与光电性质研究

发布时间：2022-09-29 18:01

　　太阳能电池利用材料的光生伏打效应将太阳辐射能转化为电能,可有效减少化石能源消耗、降低温室气体排放,具有广阔应用前景。太阳能电池的光电转化效率主要受内部吸光层和透光层材料的光电特性控制。优异的太阳能电池要求:吸光层具有高光电转换效率;透光层具有高透光性和导电性。钙钛矿卤化物,具有高光电转换效率（~22.7%）、低制造成本,是具有重要应用前景的光吸收材料,但面临稳定性差和具有毒性等问题。透明导电氧化物（TCO）是重要的透光层材料,但可供选择的种类稀少（大多数材料不能同时满足高透光性和高导电性）且制造成本高（占整个电池成本的20%-30%）。本论文从制约太阳能电池性能的这两个主要部件所面临的问题出发,采用基于密度泛函理论的第一性原理从头算方法,结合先进的“材料基因设计”方法,开展了系统性的光电功能材料设计和优化研究,获得如下创新性成果:1.基于“价带化学调制:s-p态耦合”的设计理念,预测发现了两类潜在的高性能p型TCO材料:针对二价Sn（II）化合物具有潜在优异空穴导电的特性,系统开展了锡磷酸盐和碱土金属锡酸盐体系的结构设计研究。1)理论预言了新型化合物SnP₂O

【文章页数】：146 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
论文提要
中文摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 太阳能电池的发展现状
    1.2 太阳能电池透光层材料的基本性质和问题
    1.3 太阳能电池吸光层材料基本的性质和问题
    1.4 太阳能电池材料优化设计方法
    1.5 论文选题的目的和意义
第二章 理论背景和计算方法
    2.1 基本量子力学概述
        2.1.1 薛定谔方程
        2.1.2 变分原理
        2.1.3 量子力学方法的限制
    2.2 密度泛函理论
        2.2.1 Thomas-Fermi模型
        2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.3 Kohn-Sham方程
        2.2.4 交换关联泛函
    2.3 材料设计方法
        2.3.1 结构预测方法
        2.3.2 高通量计算方法
第三章 太阳能电池透光层材料的理论设计与光电性质研究
    3.1 背景介绍
    3.2 计算细节
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 基于锡(II)磷酸盐的p型TCO新材料设计
        3.3.2 基于碱土金属锡(II)酸盐的p型TCO新材料设计
    3.4 本章小结
第四章 太阳能电池吸光层材料的优化设计与物性研究
    4.1 新型钙钛矿卤化物光伏材料的优化设计
        4.1.1 背景介绍
        4.1.2 计算方法
        4.1.3 结果与讨论
            4.1.3.1 以功能为导向的单钙钛矿卤化物吸光材料的理论设计
            4.1.3.2 基于离子交换的双钙钛矿卤化物吸光材料的理论设计
            4.1.3.3 新型钙钛矿卤化物光伏材料设计的综述
        4.1.4 本节小结
    4.2 钙钛矿卤化物中有机小分子的结构及其转动对光电性能的影响
        4.2.1 背景介绍
        4.2.2 计算方法
        4.2.3 结果与讨论
        4.2.4 本节小结
    4.3 二维自发地转换为三维单轴向的大颗粒钙钛矿α-HC(NH_2)PbI_3的机理研究
        4.3.1 背景介绍
        4.3.2 计算方法
        4.3.3 结果与讨论
        4.3.4 本节小结
    4.4 基于铁酸铋的铁电光伏材料的理论设计
        4.4.1 背景介绍
        4.4.2 计算细节
        4.4.3 结果与讨论
        4.4.4 本节小结
第五章 总结与展望
参考文献
作者简介及科研成果
攻读研究生期间公开发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[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)



本文编号：3683056