中文摘要：

在本项目中我们采用第一性原理系统计算了根据能带工程理论设计的Fe1-xOsxSi2系和过渡金属掺杂TiO2系在不同组分下的能带结构和热力学稳定性。研究结果表明，在Fe1-xOsxSi2系列中，材料可以按组分进行能隙调节，OsSi2具有比FeSi2更窄的带隙宽度，当Fe:Os原子比为11时，材料具有明显直接带隙特征。在TiO2系列中Fe、Mn离子可以有效掺杂，降低带隙。在实验上我们制备出不同组分合金相，且FeOsSi2具有直接带隙特征和最高的吸收系数，其性能与理论设计一致。此外，通过离子注入方法，制备出具有自组织取向生长的FeSi2 纳米棒或特殊形状的纳米颗粒，并通过微观结构分析，确定其形成机理是界面能的各向异性造成。对于TiO2系列，研究了醇对无模版柱状单晶氧化钛纳米阵列的生长控制，以及Fe、Mn离子掺杂对TiO2晶相和光催化性能的影响。最后，本项目根据实验得到的FeSi2材料的性质，设计了新型Si/FeSi2/Si三层PIN结构太阳能电池，有效提升了薄膜电池的效率，为新型光伏器件的设计和应用提供了新的思路。