[发明专利]一种太阳光谱全吸收碳基功能材料的设计方法

权利要求书

1.一种太阳光谱全吸收碳基功能材料的设计方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1：选择碳材料和负载材料基元，构建碳材料和负载材料基元的结构模型，对结构模型进行优化；

所述步骤1具体为：

步骤1.1：采用Materials Studio软件包中Materials Project晶体结构库中的晶胞信息构建出碳材料和负载材料基元晶胞模型，并保存为CIF文件；

步骤1.2：采用VESTA软件将CIF文件构造为输入文件POSCAR；

步骤1.3：根据碳材料和负载材料基元晶胞模型中的元素组成，选取相应的泛函和基组，构造POTCAR文件，对ENCUT、EFIFF和K点进行优化，构造INCAR和KPINTS文件；

步骤2：计算碳材料和负载材料基元的能带、态密度和介电函数；

所述步骤2具体为:

步骤2.1：利用VASP软件包进行自洽单点能计算，得到CHGCAR文件，通过vaspkit程序303功能确定不同温度下材料基元的晶体模型的高对称点，得到能带计算的KPOINTS文件；进行非自洽计算得到能带结构，使用Origin将计算结束后得到的BAND.dat和KLABELS进行处理得到能带图；

步骤2.2：增加K点数目，至少包含4个K点，对K点进行态密度计算，将计算得到的vasprun.xml文件导出，使用p4vasp或Origin进行处理，得到不同温度下材料基元的态密度图；

步骤2.3：进行自洽计算，在INCAR设置光学性质计算参数，使得IBRION＝8,LEPSILOW＝.TRUE.,LRPA＝.FALS.,在得到的OUTCAR文件里提取介电函数的实部和虚部，计算得到吸收系数α和反射率R，评估不同温度下各种材料基元的光学性质；

步骤2.4：利用VASP软件得到的晶体结构文件、对称操作文件以及能量本征值文件，采用基于半经典玻尔兹曼理论的BoltzTraP软件计算，得到Seebeck系数随温度的变化曲线以及电导率、热导率与弛豫时间的比值；

步骤3：筛选出光学响应区间宽的功能基元；根据光学性能筛选基元，构造碳基功能材料；设定组成和比例，生成结构，对结构进行优化，计算结合能；

所述步骤3具体为：

选择负载材料基元，使负载材料基元光学响应区间的直接线性组合最大化的覆盖整个太阳光谱，且强度最高；

采用遗传算法给出一组功能基元的组成比例，构造碳基功能材料的结构模型；

采用第一性原理计算优化结构，通过下公式计算结合能：

E_binding＝E_total-E_c-∑E_i (1)

其中，E_binding是碳基复合材料中各个组成部分的结合能，E_total是碳基复合材料的总能量，E_c是碳材料的能量，E_i是负载材料的能量，所有能量的单位为eV；

步骤4：对结合能的稳定性进行判断，当不稳定时，则返回步骤3；当满足稳定性时，计算光学性质；

步骤5：对光学性质进行计算，并进行性能判断，当性能不满足时，返回步骤3，当性能满足时，则收集组成、结构和活性信息。

2.根据权利要求1所述的一种太阳光谱全吸收碳基功能材料的设计方法，其特征是：所述步骤4具体为：当碳基复合材料中各个组成部分的结合能小于0时，表明当前结构稳定；当碳基复合材料中各个组成部分的结合能大于0时，表明当前结构不稳定，应放弃选择，当不稳定时，则返回步骤3。

3.根据权利要求1所述的一种太阳光谱全吸收碳基功能材料的设计方法，其特征是：所述步骤5具体为：

步骤5.1：计算反射率，通过如下公式计算反射率；

其中，R(ω)为反射率，ε₁(ω)为介电函数实部，ε₂(ω)为介电函数虚部，ω为频率；

步骤5.2：计算吸收率，吸收率等于1减反射率，选取吸收率达到95％以上的碳基复合材料，并收集组成、结构和活性信息，当吸收率未达到95％，不满足性能需求，返回步骤3。