一种近各向同性新型光伏材料的预测方法与流程

10.六方batis3单胞包含10个原子，四方batio3单胞包含5个原子，为保持原子个数一致，将四方batio3扩至1
×1×
2的超胞，将batio3和batis3的计算结果与实验和计算值比较；
11.3)确定不同组分的稳定构型
12.为确定不同组分的稳定构型，选用两条取代路线：第一条路线，用s取代batio3的o，对于s的任一浓度，用special quasirandom structures方法确定其最稳定的结构，然后用dft u方法优化该稳定结构；第二条路线，用o取代batis3的s，余下操作与第一条路线一致，对于同一组分，比较基于母体结构batis3和基于母体结构batio3的构型的基态能量，能量低的结构是最终的稳定构型；
13.4)分析四种稳定构型的结构性质
14.用dft u方法优化稳定构型batio
3-xsx
，处理输出文件，画出稳定构型的几何结构以及计算阴阳离子之间的键长，分析s和o的不同比例对batio3内部结构的影响；
15.5)计算四种稳定构型的光学吸收
16.用dft u方法计算四种稳定构型的光吸收图，处理输出文件，画出光学吸收图，分析四种稳定构型光学吸收图的差异。
17.进一步地，步骤1)中动能截断值为600ev。
18.进一步地，步骤1)中布里渊区的k值为4
×4×
4。
19.进一步地，步骤1)中能量收敛精度为10-5
ev。
20.进一步地，步骤1)中为确保计算结果的准确性，四方batio3用于计算的晶格常数为实验值，a＝b＝3.99，c＝4.03。
21.进一步地，步骤1)中六方batis3用于计算的晶格常数亦为实验值，a＝b＝6.75，c＝5.83。
22.进一步地，步骤2)中用dft u方法优化batio3和batis3。
23.进一步地，步骤3)中s浓度的取值为0，0.25，0.5，0.75，1。
24.进一步地，步骤4)中x＝0，0.5，1，1.5，2，2.5，3。
25.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
26.(1)本发明从理论层面上预测新型近各向同性的的光伏材料，从原子微观结构分析s和o不同比例对batio3(batis3)内部结构的影响，并计算四种稳定构型的光学吸收图，本研究发现batios2结合了batio3近各向同性以及batis3低带隙的特点，该结果充分表明batios2有可能是优良的光伏材料。
27.(2)本发明可为实验研究新型光伏材料提供理论指导，可减少反复实验带来的人力、时间、成本损耗，同时也可减少实验对环境的污染。
附图说明
28.为使本发明更具体，以下通过附图对非限制性实施例子作详细描述：
29.图1为batis3用不同u值计算的总态密度和投影态密度图。
30.图2为不同s浓度和batio
3-xsx
(x＝0,0.5,1.5,2,2.5和3)组分总能量的函数关系图。
31.图3为用dft u(u＝4.5ev)方法优化batis3(a)，batios2(b)，batio2s(c)和batio3(d)得到的几何结构图。
32.图4为batis3(a)，batios2(b)，batio2s(c)和batio3(d)的光学吸收图。
具体实施方式
33.以下结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步说明。
34.一种近各向同性新型光伏材料bati(o，s)3的预测方法，包括以下步骤：
35.1)确定计算参数。在vasp软件上，选用密度泛函理论框架内的缀加平面波方法。交换相关函数选用基于广义梯度近似的perdew-burke-ernzerhof函数。用于计算的ba，ti，o，s原子的电子组态分别是ba(5p66s2)，ti(3d34s1)，o(2s22p4)，s(3s23p4)。动能截断值为600ev，布里渊区的k值为4
×4×
4，能量收敛精度为10-5
ev。deskins等人提出用hubbard u值修正ti的3d电子。为保证计算结果的准确性，四方batio3用于计算的晶格常数为实验值，a＝b＝3.99，c＝4.03。六方batis3用于计算的晶格常数亦为实验值，a＝b＝6.75，c＝5.83。用不同的hubbard u值计算六方batis3的态密度。从表1可看出，u值从0增加至5ev时，晶格常数a和c分别增加和带隙值增加0.25ev。由此可看出，u值对晶格常数的影响可忽略不计，但对带隙值影响很大。图1是batis3用不同u值计算的总态密度和投影态密度图。u＝3ev时，价带顶的电子态密度越过费米能级，batis3呈金属性。u＝4.5ev时，ti的3d电子开始局域化，此时带隙值为0.13ev，该值与wu等人以及niu等人的计算值0.1ev较为一致。因此，在后续计算中u值取4.5ev。
36.表1用不同u值优化batis3得到的晶格常数和带隙宽度
[0037][0038]
2)优化batis3和batio3。六方batis3单胞包含10个原子，四方batio3单胞包含5个原子，为保持原子个数一致，将四方batio3扩至1
×1×
2的超胞。用dft u方法优化batio3和batis3。从表2可看出，batis3优化后的晶格常数a＝b＝6.84，c＝6.00，比实验值(a＝b＝6.75，c＝5.83)和理论值(a＝b＝6.73，c＝5.92)略大一些。batio3优化后的晶格常数a＝b＝4.01，c＝4.17，比实验值(a＝b＝3.99，c＝4.03)略大一些，与计算值(a＝b＝4.01，c＝4.21)吻合的较好。batio3优化后的带隙值为2.12ev，低于实验值3ev，这是因为dft的自身缺陷导致低估带隙值。
[0039]
表2用dft u(u＝4.5ev)方法优化稳定构型batio
3-xsx
(x＝0，0.25，0.5，0.75和1)得到的几何结构参数
[0040][0041]
3)确定不同组分的稳定构型。为确定不同组分的稳定构型，本发明选用两条取代路线。第一条路线，用s取代batio3的o，s浓度的取值为0，0.25，0.5，0.75和1。对于s的任一浓度，用special quasirandom structures(sqs)方法确定其最稳定的结构，然后用dft u方法优化该稳定结构。第二条路线，用o取代batis3的s，余下操作与第一条路线一致。对于同一组分，比较基于母体结构batis3和基于母体结构batio3的构型的基态能量，能量低的结构是最终的稳定构型。从图2可知，于batio3而言，四方相比六方相更稳定，该结果与实验结果一致。batis3则更倾向于六方相，该结果与实验结果吻合。对于基于母体结构为四方相batio3的batio
3-xsx
，batio
2.5s0.5
和batio
0.5s2.5
优化后仍保持四方相结构，而batio2s，batio
1.5s1.5
以及batios2则变为正交相。对于基于母体结构为六方相batis3的batis
3-xox
，batis
0.5o2.5
，batis
1.5o1.5
，batis2o以及batis
2.5o0.5
优化后的相皆为三斜相，只有batiso2优化后是单斜相。由图3可知，当s浓度取值为0.5-3时，基于母体结构六方batis3的取代构型比基于母体结构四方bato3的取代构型更稳定。因此，batio
0.5s2.5
，batio
1.5s1.5
，batios2和batio
2.5s0.5
的稳定态是三斜相，而batio2s则是单斜相。
[0042]
4)分析四种稳定构型的结构性质。用dft u方法优化稳定构型batio
3-xsx
(x＝0，0.5，1，1.5，2，2.5，3)，结果归纳于表2。很显然，s和o的不同比例对batio3的结构相影响很大。为深度剖析s取代对batio3内部结构的影响，我们将对batio3，batio2s，batios2和batis3进行更深层次地结构分析。图3是四种稳定构型优化后的几何结构图。从图3(a)可知，对于batis3，由tis6八面体组成的链状结构沿c方向延展。从图3(b)和3(c)可知，对于batios2，由tio2s4八面体组成的链状结构也是沿c方向延展，但batio2s的八面体结构已经被破坏。四种稳定构型的八面体结构主要受《s-ti》和《o-ti》键长的影响。batio
3-xsx
(x＝0，1，2和3)的《s-ti》和《o-ti》键长总结于表3，其中nn和2
nd
nn分别代表与阴离子最近和第二近的阳离子。
从表3可知，于batis3而言，《s-ti》键长为该结果略大于实验值于batio3而言，batio3的《o-ti》键长是与试验值2.07一致。batios2的《s-nn ti》键长是与batis3的《s-ti》键长为保持一致。batio2s的《s-nn ti》键长比batis3的《s-ti》键长更短，这表明batio2s的《s-nn ti》键的相互作用比batis3的《s-ti》键的相互作用更强。另一方面，相比于batis3的《s-ti》键长，batios2和batio2s的《s-2
nd nn ti》键长分别增加和尤其是batio2s的《s-2
nd nn ti》键长，增长为这表明，s离子和距其第二近的钛离子几乎没有相互作用。以上结果表明s和o的比例对batio3(batis3)的八面体结构影响很大。
[0043]
表3四种稳定构型的《o-ti》和《s-ti》键长
[0044][0045][0046]
其中nn和2
nd
nn分别代表距离o(s)离子最近和第二近的阳离子，括号里的数据为实验值。
[0047]
5)计算四种稳定构型的光学吸收。用dft u方法计算四种稳定构型的光吸收图。从图4可看出，batio3和batis3的光学吸收与实验和理论结果一致。batis3在整个太阳能光谱中体现很强的光学各向异性。batio3和batio2s在可见光和红外光区域体现光学各向同性，但batio3和batio2s的光学带隙值在3ev左右，远远偏离理想光伏带隙值。对于batios2，相比于batis3，其光学吸收往紫外方向偏移，在红外光和可见光区域内可认为近各向同性，且光学带隙在1.5左右。该结果表明，batios2有成为新型光伏材料的潜能。
[0048]
虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。