论文总字数：71620字

摘 要

在查阅资料及实验的基础上，针对当下流行的新钙钛矿结构进行第一性原理的计算，本文主要阐述了如何利用以第一性原理为基础的软件来进行相关的计算。

对于新钙钛矿型结构，它在2013年开始为人们所关注，转化效率在近些年快速提升，已经逼近20%，是新一代高效率太阳能电池材料。

常用于第一性原理计算的相关软件，包括了MS,VASP,FINDIT以及VESTA，其中MS的CASTEP模块用于模型的建立；VESTA用于查看建立的模型；FINDIT可以由元素信息查出所需的结构信息；而VASP则用于主体的计算。

我们选取了正交和四方两种结构来进行计算，首先对其用MS的CASTEP模块并借助FINDIT软件来进行建模。

建模完毕，用VASP中DFT-D2法再对两种结构进行结构优化，保证其在主体计算前达到能量最低状态。

优化完毕，我们进行主体部分的计算，首先是态密度的计算，态密度的计算大致分为三步，第一步：对晶胞结构进行优化；第二步：做自洽计算，得到WAVECAR；第三步：用杂化泛函法进行进一步计算。第四步：用第三步得出的WAVECAR，拷到所需文件夹下进行最后的态密度计算。

随后是介电函数的计算，这里我们只选取了正交结构来进行试探性的计算，计算步骤包含了四大输入文件，得到的OUTCAR，以及对文件的处理。

最后是对能带的计算，能带的计算大致也分为两步：第一步：由输入文件得到CHGCAR。第二步：继续用输入文件加CHGCAR进行运算，得到EIGENVAL，然后进行分析。

最后的分析结果显示新钙钛矿型结构有着对可见光良好的吸收能力，的确适宜作新太阳能电池材料，只需对其进行进一步的研究，必然可以让它的转化率达到一个新的高度。

关键字：钙钛矿型结构；第一性原理；态密度；介电函数；能带

Abstract

On the basis of data checking and experiments , in view of the current popular new perovskite structure of the first principles calculation, this article mainly expounds how to use software to carry out related calculation on the basis of the first principles.

For the new perovskite structure, it started in 2013 to be the concern of the people, the conversion efficiency in rapidly increasing in recent years, already close to 20%, is a new generation of high efficiency solar cell material.
Used to first principles calculation of related software, including MS, VASP, FINDIT and VESTA, including MS CASTEP module is used to model;VESTA for viewing the model;FINDIT can look out the structure of the information needed by the element information;While VASP is used for the calculation of main body.
We selected the orthogonal and square two structures for calculation, first of all, the use of MS CASTEP module and FINDIT software for modeling.
Modeling is completed, with the method of DFT- D2 in VASP for two kinds of structure optimization, to ensure its subject to calculate before to the lowest energy state.
After optimization, we for the calculation of main part, first is the calculation of density of states, state density calculation is roughly divided into three steps, the first step: optimize the cell structure.Step 2: do the self-consistent calculation, get WAVECAR;Step 3: further calculated by the hybrid functional method.Step 4: in the third step of WAVECAR, copy to required folder under the final state density calculation.
Followed by the calculation of dielectric function, here we only choose the orthogonal structure for tentative calculation, calculation steps contains four input file, get the OUTCAR, and handling of the file.
Finally is the band of calculation, the calculation of band is roughly divided into two steps: first step: get CHGCAR by the input file.Step 2: continue to use the input file operations and CHGCAR, get EIGENVAL, then carries on the analysis.
The analysis results show that the new perovskite structure of visible sleek and good absorption capacity, really suitable for a new solar battery materials, only need to carry on the further research, must can let its conversion to a new height.

Key words: perovskite structure;First principles;State density.Dielectric function.band

目录

摘要 1

Abstract 1

目录 2

第一章 绪论 1

1.1 太阳能电池发展概述 1

1.2 新钙钛矿太阳能电池发展现状 2

1.3 第一性原理计算在新钙钛矿太阳能电池中的研究现状 3

1.4 本文主要内容概述 3

第二章 第一性原理计算软件简介 4

2.1 Materials Studio（MS）简介 4

2.2 VASP简介 4

2.2.1 VASP输入文件 5

2.2.1.1 KPOINTS文件 5

2.2.1.2 POSCAR文件 6

2.2.1.3 POTCAR文件 6

2.2.1.4 INCAR文件 7

2.2.2 输出文件 8

2.3 FINDIT简介 9

2.4 VESTA简介 10

第三章 四方和正交结构的CH₃NH₃SnI₃的建模 11

3.1 建模概述 11

3.2 正交结构的CH3NH3SnI3的建模 11

3.2.1 建立点阵结构 11

3.2.2 添加原子建立晶胞模型 12

3.3 四方结构的CH₃NH₃SnI₃的建模 13

3.3.1 建立点阵结构 13

3.3.2 添加原子建立晶胞模型 14

第四章 四方和正交结构的CH₃NH₃SnI₃的晶格优化 16

4.1晶格优化简述 16

4.2 VASP法 16

4.2.1 DFT-D2法 16

4.2.2 正交结构CH₃NH₃SnI₃的晶格优化 17

4.2.2.1 输入文件 17

4.2.2.2 输出文件 20

4.2.3 四方结构CH₃NH₃SnI₃的晶格优化 22

4.2.3.1 输入文件 22

第五章 态密度的计算 27

5.1 态密度概述 27

5.2 正交结构CH₃NH₃SnI₃的态密度计算 27

5.2.1 第二步计算过程 27

5.2.2第三步计算过程 31

5.2.3 第四步计算过程 32

5.2.4 DOSCAR文件的分割 33

5.2.5态密度作图 35

5.2.6 态密度分析与探讨 35

5.3 四方结构CH₃NH₃SnI₃的态密度计算 36

5.3.1 态密度计算 36

5.3.2DOSCAR文件的分割 37

5.3.3态密度作图 38

5.3.4 态密度分析与探讨 39

第六章介电函数的计算 40

6.1介电函数简介 40

6.2介电函数计算 40

6.3 输出数据处理及作图 44

6.4 数据分析 46

第七章 能带的计算 47

7.1能带的计算 47

7.2正交结构CH₃NH₃SnI₃的能带计算 47

7.2.1第一步输入文件 47

7.2.2第二步输入文件 50

7.2.3数据的处理 52

7.2.4数据分析 52

7.3四方结构CH₃NH₃SnI₃的能带计算 52

7.3.1数据分析 55

第八章 其他常用小软件及计算原文件一览 56

8.1论文涉及的小程序 56

8.2计算相关原文件一览 56

第九章 结论 57

致谢 58

参考文献 59

第一章 绪论

1.1 太阳能电池发展概述

随着世界的人口剧烈增长并且环境污染在日益严重，能源的逐渐枯竭以及生态环境的不断破坏，人们开始将目光瞄向了新能源尤其是清洁的新能源，对新能源的开发和利用有了更大的需求。而太阳能正是一种可再生能源，兼具取之无尽，功率巨大，使用安全等优点，所以引起了人们极大的关注，太阳能电池的研发正是关键技术。

人们对太阳能电池的研发有着悠久的历史。光照射到材料时，会引起所谓的“光起电力”行为，而这个行为早在19世纪的时候就已经发现了^[1]。

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