P型透明导电氧化物的第一性原理研究

研制开发新型的光电材料对促进社会经济发展具有重要的科学意义和实用价值。利用透明导电氧化物TCO既能导电又能透光的性能来实现透明光电材料是目前深入研究的热点，其中的一个关键问题是如何准确描述透明导电氧化物TCO的能带结构、带隙和P型导电机理。本项目采用准粒子修正方法，重点探索以CuAlO2为代表的铜铁矿系列P型TCO材料的电子结构和能带结构，包括研究P型TCO材料的理论带隙、本征P型导电机理、晶体结构对P型导电性能的影响，探索P、N型掺杂元素在TCO材料中的微观作用机理并以此为指导设计新型的全透明高效光电材料提供理论基础。通过本项目的研究工作以期待更进一步提高人们对P型TCO材料的认识，促进光电材料研究的发展。

本项目利用基于第一性原理的广义梯度近似方法（GGA方法）分析研究透明导电氧化物CuMO2(M=Sc,Y,Cr)的能带结构、态密度和杂质能级. 计算结果表明, CuMO2(Sc,Y) 的价带区主要由 Cu 的 3d 态和 O 的 2p 态构成, 而导带区主要由 Sc 、Y的 3d 态组成. 在进行GGA+U 修正之后, 随着 U 参量的增加, CuMO2(Sc,Y) 的导带区发生分裂导致导带扩大, 带隙也随之扩大, 表明 GGA+U 计算能较好地改进 CuMO2(Sc,Y) 带隙值; 本项目分析了各种掺杂元素在 CuMO2(M=Sc,Y,Cr)的杂质能级, 发现 Mg 原子替位掺杂二价阳离子能有效改善CuMO2(M=Sc,Y,Cr)材料的p型导电性能。通过本项目的进行，共发表科研论文5篇，其中三篇核心，一篇被SCI收录。