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系統識別號 U0002-3107200714414300
中文論文名稱 矽團簇取代基效應對能隙影響之理論計算研究
英文論文名稱 Theoretical investigation of the substituent effect of the energy gap of silicon clusters
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemistry
學年度 95
學期 2
出版年 96
研究生中文姓名 王鑑知
研究生英文姓名 Chien-Chih Wang
電子信箱 694170498@s94.tku.edu.tw
學號 694170498
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2007-06-20
論文頁數 103頁
口試委員 指導教授-王伯昌
委員-何嘉仁
委員-林志興
委員-江志強
中文關鍵字 矽團簇  理論計算  取代基效應 
英文關鍵字 silicon clusters  computational chemistry  energy gap  substituent effect  SIESTA 
學科別分類 學科別自然科學化學
中文摘要 使用SIESTA搭配B3LYP的方法來研究矽團簇取代基效應對其光學特性造成的影響,取代的方式是全取代。對於Td點群的矽團簇,選擇Si35X36來進行計算。選用的取代基有H、CH3、C2H5、C3H7、C2H3、OH、OCH3、NH2、CH2NH2、CN、SH、C3H6SH、C60,來計算取代後矽團簇的HOMO、LUMO與能隙值。計算結果得到烷基類取代矽團簇時能隙的大小相似,且均比氧化物、氮化物與硫化物取代能隙來的高。烷基類對能隙的影響力很小,且一般拉電子基取代會造成矽團簇的能隙產生紅位移的現象。對於Ih點群的矽團簇,則針對Si20X20進行計算,最後得到的結果與Td點群的矽團簇相似。
英文摘要 For the investigation of the optical properties of Si nanoclusters as a function of surface passivation, we carried out a B3LYP/SIESTA calculation in the Si35 core clusters with full passivated. For the Td symmetry,we calculated Si35X36.We predict the effect that different full alkyl-,C2H3- , OH-, NH2-, CH2NH2-, OCH3-, SH-, C3H6SH- ,C60 and CN-terminations have on the calculated HOMO, LUMO and energy gap. The calculated optical properties alkyl passivation Si35 nanoclusters [Si35(CH3)36, Si35(C2H5)36 and Si35(C3H7)36] are closed to one another, and are higher than those of oxide, nitride and sulfide passivations Si35 clusters. Concludly, the alkyl passivant weakly affect the optical gaps and the electron-withdrawing passivants generate the red-shifted for the energy gap of silicon nanoclusters.
論文目次 頁次
中文摘要 I
英文摘要 II
目  錄 III
表格索引 VI
圖片索引 VII

第一章 緒論
  1-1 前言 1
  1-2 太陽能電池的種類 2
  1-3 太陽能電池發電的基本原理 3
  1-4 太陽能電池的材料 5
  1-5 材料的奈米效應 7
  1-6 量子點太陽能電池的結構 10
1-7 研究動機 12
第二章 量子化學計算原理與方法
  2-1 前言 14
  2-2 量子化學計算原理 18
    2-2-1 薛丁格方程式 19
    2-2-2 原子單位 21
    2-2-3 波恩-歐本海莫近似法 22
    2-2-4 分子軌域理論 25
    2-2-5 變分法 27
2-3 矩陣力學 30
  2-4 量子化學計算近似法 31
    2-4-1 Hartree-Fock近似法 31
    2-4-2 密度泛函理論 37
  2-5 贗勢(Pseudopotential) 41
  2-6 SIESTA計算方法 43
  2-7 量子化學計算基底函數組 48
    2-7-1 幾種基底函數介紹 49
    2-7-2 最小基底函數STO-NG 54
    2-7-3 分裂價層的基底函數 56
    2-7-4 極化函數 58
    2-7-5 擴散函數 59
第三章 研究設備
  3-1 軟體設備 61
  3-2 硬體設備 63
第四章 結果與討論
  4-1 Td為主結構的矽量子點衍生物 69
  4-2 Ih為主結構的矽量子點衍生物 92
第五章 結論
  5-1 結論 98
  5-2 未來展望 99
參考文獻 100

表格索引
表4-1 以SIESTA 計算Si35 各種取代的能階與能隙 73
表4-2 以SIESTA 搭配B3LYP 單點計算Si35 各種取代
的能階與能隙
76
表4-3 以SIESTA 計算Si20 各種取代的能階與能隙 93
表4-4 以SIESTA 搭配B3LYP 單點計算Si20 各種取代
的能階與能隙
94
圖片索引
圖1-1 太陽能電池的技術分類 2
圖1-2 太陽能電池發電原理 4
圖2-1 贗勢、贗波函數與全電子位能、波函數比較圖 43
圖2-2 氧原子的虛原子軌域 45
圖2-3 平面波基函數與軌域基函數對計算總能量收歛比
較圖
48
圖2-4 在不同基函數計算總能量與晶格常數變化圖 48
圖2-5 比較STO-1G、STO-2G、STO-3G 不同基底函數
與1s 軌域的Slater 函數近似程度
56
圖2-6 對於極性分子系統的軌域型態,用加入額外軌域
型態函數來加以修正(p 軌域加上d 函數;s 軌域
加上p 函數)
59
圖4-1 Td 結構的矽量子點衍生物:
a.Si35H36、b.Si35(CH3)36、c.Si35(CH2CH3)36、
d. Si35(CH2CH2CH3)36、e. Si35(CH=CH2)36、
f.Si35(OH)36、g. Si35(OCH3)36、h. Si35(NH2)36、i.
Si35(CH2NH2)36、j. Si35(CN)36、k. Si35(SH)36、l.
Si35[(CH2)3SH]36、m. Si35H34C60
70
~72
圖4-2 以SIESTA 計算Si35 各種取代基的能階與能隙圖 73
圖4-3 以SIESTA 搭配B3LYP 單點計算Si35 各種取代基
的能階與能隙圖
76
圖4-4 Si35H36 的DOS 分布圖 78
圖4-5 Si35H36 的分子軌域圖 78
圖4-6 Si35(CH3)36 的DOS 分布圖 79
圖4-7 Si35(CH2CH3)36 的DOS 分布圖 79
圖4-8 Si35(CH2CH2CH3)36 的DOS 分布圖 80
圖4-9 Si35(CHCH2)36 的DOS 分布圖 80
圖4-10 Si35(CH3)36 的分子軌域圖 81
圖4-11 Si35(CH2CH3)36 的分子軌域圖 81
圖4-12 Si35(CH2CH2CH3)36 的分子軌域圖 82
圖4-13 Si35(CHCH2)36 的分子軌域圖 82
圖4-14 Si35(OH)36 的DOS 分布圖 83
圖4-15 Si35(OCH3)36 的DOS 分布圖 83
圖4-16 Si35(OH)36 的分子軌域圖 84
圖4-17 Si35(OCH3)36 的分子軌域圖 84
圖4-18 Si35(NH2)36 的DOS 分布圖 85
圖4-19 Si35(CH2NH2)36 的DOS 分布圖 85
圖4-20 Si35(CN)36 的DOS 分布圖 86
圖4-21 Si35(NH2)36 的分子軌域圖 87
圖4-22 Si35(CH2NH2)36 的分子軌域圖 87
圖4-23 Si35(CN)36 的分子軌域圖 88
圖4-24 Si35(SH)36 的DOS 分布圖 89
圖4-25 Si35[(CH2)3SH]36 的DOS 分布圖 89
圖4-26 Si35(SH)36 的分子軌域圖 90
圖4-27 Si35[(CH2)3SH]36 的分子軌域圖 90
圖4-28 Si35H34C60 的DOS 分布圖 91
圖4-29 Si35H34C60 的分子軌域圖 91
圖4-30 Ih 結構的矽量子點衍生物: a.Si20H20 、
b.Si20(CH3)20、c.Si20(OH)20
92
圖4-31 以SIESTA 計算Si20 各種取代基的能階與能隙圖 93
圖4-32 以SIESTA 搭配B3LYP 單點計算Si20 各種取代
能階與能隙圖
94
圖4-33 Si20H20 的DOS 分布圖 95
圖4-34 Si20(CH3)20 的DOS 分布圖 95
圖4-35 Si20(OH)20 的DOS 分布圖 96
圖4-36 Si20H20 的分子軌域圖 96
圖4-37 Si20(CH3)20 的分子軌域圖 97
圖4-38 Si20(OH)20 的分子軌域圖 97
參考文獻 [1] Menna P, Di Francia G, La Ferrara V. Solar Energy Materials and Solar Cells 1995,37,13.
[2] Kazmerski LL. Renewable and Sustainable Energy Review 1997,1(2),61.
[3] Stalmans L, Poortmans J, Laureys W, Said K, Vazsonyi E, Caymax M, Strehlke S, Levy-Clement C, Slaoui A, Bremond G, Daami A, Laugier A, Nijs J, Mertens R. Proceedings of 14th European Photovoltaic Specialists Conference, Barcelona, Spain, 1997. p. 980±985.
[4] Stalmans L, Poortmans J, Bender H, Caymax M, Said K, Vazsonyi E, Nijs J, Mertens R. Progress in Photovoltaics: Research and Applications 1998,6,233.
[5] Zhao J, Wang A, Altermatt P, Green M. Appl Phys Lett 1995,66,3636.
[6] 陳婉如,光聯雙月刊,2004,54,10-15.
[7] S. Wasburn, R. A. Webb, Adv. Phys. 1986, 35, 375.
[8] J. M. Broto, A. Fert, F. Nguyen Van Dau, F. Petroff, P. Etienne, G. Creuzet, A. Frederich, J. Chazelas, M. N. Baibich, J. Phys. Rev. Lett. 1987, 61, 2472.
[9] 滕榮厚, 粉末冶金會刊, 1997, 22, 347-352.
[10] 張立德, 奈米材料, 台北市: 五南, 2002.
[11] L. L. Chang, L. Esaki, R. Tsu, Appl. Phys. Lett. 1974, 24, 593.
[12] R. Dingle, W. Wiegmann, C.H. Henry, Phys. Rev. Lett. 1974, 33, 827.
[13] P. M. Petroff, A. C. Gossard, R. A. Logan, W. Wiegmann, Appl. Phys. Lett. 1982, 41, 635.
[14] M.A. Reed, R.T. Bate, K. Bradshaw, W. M. Duncan, W. M. Frensley, J. W. Lee, H. D. Smith, J. Vac. Sci. Technol. B, 1986, 4, 358.
[15] J. Cibert, P. M. Petroff, G. J. Dolan, S. J. Pearton, A. C. Gossard, J. H. English, Appl. Phys. Lett. 1986, 49, 1275.
[16] H. Temkin, G. J. Dolan, M. B. Panish, S. N. G. Chu, Appl. Phys. Lett. 1987, 50, 413.
[17] K. Kash, A. Scherer, J. M. Worlock, H. G. Craighead, M. C. Tamargo, Appl. Phys. Lett. 1986, 49, 1043.
[18] A. J. Nozik,Physica E.2002,14,115.
[19] A.J. Nozik, Annu. Rev. Phys. Chem. 2001,52,193.
[20] A.J. Nozik, unpublished manuscript, 1996.
[21] A. Zaban, O.I. Micic, B.A. Gregg, A.J. Nozik, Langmuir. 1998,14,3153.
[22] W.U. Huynh, X. Peng, P. Alivisatos, Adv. Mater. 1999,11, 923.

[23] C. V. Alsenoy, A. Peeters, J. Mol. Struct.: THEOCHEM 1993, 286, 19.

[24] B. R. Brooks, R. E. Bruccoleri, B. D. Olafson, D. J. States, S. Swaminathan, M. Karplus, J. Comput. Chem. 1983, 4, 187.

[25] C. V. Alsenoy, J. Comput. Chem. 1998, 9, 620.
[26] 許世宜, 許文賢, J. R. Peter, 化學, 1994, 52, 170.

[27] I. N. Levine, Quantum Chemistry, 4th ed., Prentice Hall: New York, 1991.

[28] A. Szabo, N. S. Ostland, Modern Quantum Chemistry, 1th ed, McGRAW-HILL: New York, 1992.

[29] Æ. Frish, J. B. Foresman, Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods, 2nd ed., Gassian, Inc. : Pittsburgh, PA, 1996.

[30] HyperChem®, Computational Chemistry, Hypercube, Inc. : Waterloo, Ontario, 1996.

[31] W. J. Hehre, J. Yu, P. E. Klunzinger, L. A. Lou, A Brief Guide to Molecular Mechanics and Quantum Chemical Calaulations, Wavefunction, Inc. : Irvine, CA, 1998.

[32] P. Hohenberg, W. Kohn, Phys. Rev. B 1964, 136, 864.

[33] W. Kohn, L. Sham, Phys. Rev. A 1965, 140, 1133.

[34] M.J. Frisch, G.W. Trucks, H.B. Schlegel, G.E. Scuseria, M.A. Robb,J.R. Cheeseman, J. A. Montgomery Jr., T. Vreven, K.N. Kudin, J. C.Burant, J.M. Millam, S.S. Iyengar, J. Tomasi, V. Barone, B. Mennucci,M. Cossi, G. Scalmani, N. Rega, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M.Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, M. Klene, X. Li, J.E. Knox,H.P. Hratchian, J.B. Cross, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A.J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J.W.Ochterski, P.Y. Ayala, K. Morokuma, G. A. Voth, P. Salvador, J. J.Dannenberg, V.G. Zakrzewski, S. Dapprich, A.D. Daniels, M.C.Strain, O. Farkas, D.K. Malick, A.D. Rabuck, K. Raghavachari, J.B. Foresman, J.V. Ortiz, Q. Cui, A.G. Baboul, S. Clifford, J. Cioslowski, B.B. Stefanov, G. Liu, A. Liashenko, P. Piskorz, I. Komaromi, R.L. Martin, D.J. Fox, T. Keith, M.A. Al-Laham, C.Y. Peng, A. Nanayakkara, M. Challacombe, P.M.W. Gill, B. Johnson,W. Chen, M.W. Wong, C. Gonzalez, J.A. Pople, Gaussian 03, Revision 6.0 C.02, Gaussian Inc., Pittsburgh, PA, 2004.

[35] J. M. Soler, E. Artacho, J. D. Gale, A. Garcia, J. Junquera, P. Ordejon, D. Sanchez-Portal, J. Phys.: Condens. Matter 2002, 14, 2745.

[36] E. Artacho, J. Gale, A. García, J. Junquera, R. M. Martin, P. Ordejón, D. Sánchez-Portal, J. M. Soler, SIESTA, Revision 1.3, 2003.
[37] http://www.nchc.org.tw/,國家高速網路與計算中心網頁.
[38]A. Szabo,N. S. Ostland,Modern Quantum Chemistry,1th ed,
McGRAW-HILL:New York,1992.
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