论文总字数：23481字

摘 要

随着时代的发展，化石燃料等能源不仅污染环境还对社会资源造成了极大的浪费，因此，对新能源比如太阳能的开发就显得迫在眉睫。要想利用太阳能，就需开发效率高的光电材料，于是IV-VI族半导体材料就进入人们的视线，SnS材料就是其中的一个代表。SnS材料安全无毒、价格廉价、环境兼容性也好，吸收系数还高，更重要的是，它的直接带隙为1.3eV，是窄带隙，与太阳能电池直接禁带宽度1.5eV十分相近，具有很好的发展前景。而掺杂是一种可以改变材料性能的方法，通过掺杂我们可以适当提高SnS材料的带隙来更加接近太阳能电池的禁带宽度使其更好地吸收太阳光。

在本文中，通过使用Materials Studio下的CASTEP模块，在第一性原理的理论支撑下，先几何优化了SnS晶体及掺杂Cu后的SnS晶体，然后计算分析了这两种晶体的能带结构图、态密度图、介电函数图和他们的折射率图，所得结果表明，SnS材料的带隙值为0.789eV，掺入Cu后，材料的带隙值变为1.096eV，更接近太阳能电池禁带宽度，且对体系价带影响较大，可丰富体系的光学性能，使其在制造光伏器件领域有更广泛的应用。

关键词：第一性原理计算 SnS 电子结构 光学性质 掺杂

First-Principles Calculations of Electronic Structure

and Optical Properties of SnS

Abstract

With the development of the times, fossil fuels and other energy not only pollute the enviro-nment but also cause great waste of social resources, so it is urgent for us to develop new energy such as solar energy. If you want to use solar energy,you need to develop high-efficiency photoelectric materials,so IV-VI group elements of semiconductor materials come into people’s sight,SnS materials is one of the representatives.SnS materials are safe and non-toxic,cheap,environmentally compatible and have high absorption coefficient.More importantly,its direct band cap is 1.3eV and is a narrow band gap,which is very close to the direct band gap of 1.5eV of solar cells.It has a good prospect.Doping is a method to change the properties of materials.By doping,we can increase the band gap of SnS materials to be closer to the solar cell’s band gap and absorb the sunlight better.

In this paper,using the CASTEP module in Materials Studio and supported by the first-principles ,the SnS crystal and Cu-doped SnS crystal are first geometrically optimized,and then the energy band structure diagram,density of states diagram,dielectric function diagram and their refractive index diagram of the two crystals are calculated and analyzed.The results obtained show that the band gap of SnS material is 0.789eV,and that the band gap of the Cu-doped material is 1.096eV,which is closer to the band gap of solar cells and has a great impact on the valence band of the system,which can enrich the optical properties of the system,so that it can have a better future in manufacturing photovoltaic devices.

Key Words:First-Principles Calculations;SnS;Electronic Structure;Optical Properties.

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.1.1半导体材料 1

1.1.2光电材料 2

1.2硫化锡材料 4

1.2.1硫化锡材料的结构 4

1.2.2硫化锡材料的性质 5

1.2.3硫化锡材料的制备 6

1.2.4硫化锡材料的研究现状 6

1.3所使用软件及其相关介绍 7

1.4本文研究的目的、意义及内容 7

第二章 计算理论基础 9

2.1第一性原理方法简介 9

2.2第一性原理方法的计算理论基础 9

2.2.1Born-Oppenheimer近似 9

2.2.2Hartree-Fock近似 10

2.3密度泛函理论(Density Functional Theory) 11

2.3.1Hohenberg-Kohn定理 11

2.3.2Kohn-Sham方程 12

2.4交换关联泛函 13

2.4.1局域密度近似（Local Density Approximation） 13

2.4.2广义梯度密度近似（General Gradient Approximation） 13

2.5光学性质相关介绍 14

第三章 计算与分析 15

3.1未掺杂SnS的能带结构与态密度 15

3.1.1能带结构分析 15

3.1.2态密度分析 16

3.2未掺杂SnS的光学性质的计算 17

3.2.1介电函数分析 17

3.2.2折射率分析 18

3.3Cu掺杂SnS的能带结构与态密度 19

3.3.1能带结构分析 19

3.3.2态密度分析 19

3.4Cu掺杂SnS的光学性质的计算 21

3.4.1介电函数分析 21

3.4.2折射率分析 22

第四章 结果与展望 24

4.1研究结果 24

4.2展望 24

参考文献 25

致谢 27

2. 绪论

1.1引言

请支付后下载全文，论文总字数：23481字