CsPbI3相转变过程中关键态的电子结构变化研究开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景：据预计，全球能源需求在未来将高达1gw/天，将对当前的能源供给设施造成巨大的压力，再加上逐渐耗尽的传统化石燃料能源和气候变化的威胁，都迫切需要我们发展可再生能源技术。在可再生能源利用技术中，将太阳光转换成电能的光伏技术，是一种非常有前景的技术方法。目前的光伏领域中，硅太阳能电池占主导地位，然而，这种成熟的技术商业化过程面临一些难以克服的挑战，如高温处理、复杂的制造工艺、较高的原材料成本及环境保护问题。在第三代太阳能电池技术中，钙钛矿太阳能电池制造工艺简单、成本低廉，其太阳能电池效率在不到10年的时间里，效率已经由3.8%跃升至25.7%，达到可以与传统光伏产业竞争的地步，这引起了研究人员们的广泛关注。在钙钛矿太阳能电池通往实际应用的道路上，有两个因素需要我们重点考虑—光电转换效率和器件稳定性。然而，光电性能优异的钙钛矿材料在常温下会发生相变甚至分解，尤其是当暴露在高湿度、高温、强光、富氧等情况下，钙钛矿的相变和分解过程会被加速。因此，在钙钛矿太阳能电池商业化过程中，迫切需要我们来克服其稳定性问题。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：首先，基于cspbi₃相转变路径，建立cspbi₃的5个关键态的晶胞模型，采用密度泛函理论框架下的广义梯度近似（gga）方法，对cspbi₃的5个关键态的晶胞结构进行几何优化。建立5种关键态晶胞结构的第一布里渊区高对称点路径，计算给出cspbi₃的能带结构，从而获得带隙大小以及性质的改变。进一步计算获得5种关键态的电子态密度，分析各个元素对于导带底和价带顶的贡献。

3. 研究的方法与步骤

研究方法：利用vesta软件建立cspbi₃的5个关键态的晶胞模型；基于密度泛函理论的第一性原理方法研究cspbi₃的晶格结构、电子结构、能带结构以及关键态的电子态密度等，这些在vasp软件胞中实现，数据处理采用linux系统下编写的shell脚本实现，数据分析采用origin软件进行可视化呈现。

研究步骤：(1)根据老师给出的论文及相关资料（相关的文献书籍、图书馆数据库查阅的相关论文资料），了解论文课题的背景、在应用方面的进展以及对未来其他领域的影响。

(2)采用vesta建立cspbi₃相变路径上5个关键态的晶胞模型。

4. 参考文献