SnO2 결정과 결정립계에 대한 제일원리 밀도 범함수 이론 계산

First-principles Density Functional Theory Calculation of Bulk SnO2 and Grain Boundaries

SnO2는 할로겐화물 페로브스카이트를 비롯한 여러 물질에서 전자 수송층으로 쓰이는 물질로 최근 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 SnO2의 원자구조와 전자구조를 여러 교환-상관 퍼텐셜과 판데르발스 보정을 이용하여 연구하였다. 또한 전자구조를 보다 정확하게 계산하기 위해 혼성 밀도범함수 이론을 이용하여 비자체일관장 및 자체일관장 계산을 수행하였다. 일반적으로 격자 상수가 작을수록 띠틈은 크게 계산되는 경향성이 발견되었다. SnO2에서 생성될 수 있는 [120] 결정립계의 안정성도 계산하였으며, 산소의 화학퍼텐셜에 따라서 다른 구조가 안정화될 수 있었다.

SnO2 has attracted much attention as an electron transport layer in semiconductor devices such as halide perovskite solar cells. In this study, the atomic and electronic structures of SnO2 were investigated using various exchange-correlation functionals and van der Waals corrections. We also performed both non-self-consistent and self-consistent field calculations using hybrid density functional theory to improve the electronic structure. When six calculation methods were compared, the smaller the lattice constants, the larger the band gap value obtained. The stability of the [120] grain boundary in SnO2 was also investigated, and different structures could be stabilized depending on the chemical potential of oxygen.