太陽能電池利用材料的光生伏打效應(yīng)將太陽輻射能轉(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,但可供選擇的種類稀少（大多數(shù)材料不能同時滿足高透光性和高導(dǎo)電性）且制造成本高（占整個電池成本的20%-30%）。本論文從制約太陽能電池性能的這兩個主要部件所面臨的問題出發(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”方法,開展了系統(tǒng)性的光電功能材料設(shè)計和優(yōu)化研究,獲得如下創(chuàng)新性成果:1.基于“價帶化學(xué)調(diào)制:s-p態(tài)耦合”的設(shè)計理念,預(yù)測發(fā)現(xiàn)了兩類潛在的高性能p型TCO材料:針對二價Sn（II）化合物具有潛在優(yōu)異空穴導(dǎo)電的特性,系統(tǒng)開展了錫磷酸鹽和堿土金屬錫酸鹽體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究。1)理論預(yù)言了新型化合物SnP₂O

【文章頁數(shù)】：146 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
論文提要
中文摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 太陽能電池的發(fā)展現(xiàn)狀
    1.2 太陽能電池透光層材料的基本性質(zhì)和問題
    1.3 太陽能電池吸光層材料基本的性質(zhì)和問題
    1.4 太陽能電池材料優(yōu)化設(shè)計方法
    1.5 論文選題的目的和意義
第二章 理論背景和計算方法
    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)計方法
        2.3.1 結(jié)構(gòu)預(yù)測方法
        2.3.2 高通量計算方法
第三章 太陽能電池透光層材料的理論設(shè)計與光電性質(zhì)研究
    3.1 背景介紹
    3.2 計算細(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
        3.3.2 基于堿土金屬錫(II)酸鹽的p型TCO新材料設(shè)計
    3.4 本章小結(jié)
第四章 太陽能電池吸光層材料的優(yōu)化設(shè)計與物性研究
    4.1 新型鈣鈦礦鹵化物光伏材料的優(yōu)化設(shè)計
        4.1.1 背景介紹
        4.1.2 計算方法
        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
            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
            4.1.3.3 新型鈣鈦礦鹵化物光伏材料設(shè)計的綜述
        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)動對光電性能的影響
        4.2.1 背景介紹
        4.2.2 計算方法
        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
        4.4.1 背景介紹
        4.4.2 計算細(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)
作者簡介及科研成果
攻讀研究生期間公開發(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：3683056