در این پایان نامه، نانوذرات اکسید روی آلاییده به غلظت های مختلف کبالت، به یک روش ساده و سریع ساخته شدند. این روش مبتنی بر تجزیه ی حرارتی استات های کبالت و روی در حضور اسید سیتریک است. نمونه های ساخته شده به این روش به وسیله ی طیف پراش اشعه ی ایکس، طیف سنجی مادون قرمز، طیف سنجی فوتولومینسانس، طیف سنجی جذب نوری در ناحیه ی فرابنفش-مرئی و ?مغناطیس سنج اسکویید ?(??squid??) مشخصه یا بی شدند. در درصدهای آلایش کمتر از ?? درصد، تغییرات ساختاری، ناچیز و کاهش مقدار گاف ممنوعه، محسوس می باشد. اندازه ی متوسط دانه ها بر اساس آنالیز های حاصل از طیف پراش اشعه ی ایکس، حدود ?? نانومتر تخمین زده شد. نقایصی از قبیل روی بین جایگاهی، تهی جای روی و بازترکیب اِکسیتونی به وسیله طیف فوتولومینسانس، مشخص شد. رفتار پارامغناطیسی برای همه ی نمونه ها به وسیله ی اندازه گیری مغناطش ، گزارش داده شد. به منظور مطالعه ی مغناطش این سیستم، نظریه ی تابعی چگالی به کار گرفته شد. این نظریه به علت خطای خودبرهمکنش قادر به پیش بینی درست گاف ممنوعه ی نیمرساناها نمی باشد. بنابراین برای پیش بینی درست گاف ممنوعه و خواص مربوط به آن از تقریب بس ذره ای gw و تقریب asic استفاده شد. چگالی حالت های شبه ذره با استفاده از تک شلیک gw موسوم به g0w0 و gw خودسازگار (scgw) با نقاط شروع مختلف کوهن-شم و تابعی هیبریدی hse06 مطالعه شد. میدان بلوری ورتسایت، حالت های اسپین پایین 3d کبالت را به حالت های e و t_2 می شکند که موقعیت دقیق آن ها مخصوصاً با تقریب های lda و gga دقیقاً مشخص نیست. با توجه به وجود سناریوی جدید تقریب بس ذره ای gw و اعتبار آن در پیشگویی گاف ممنوعه و انرژی بستگی d نیمرساناهای با گاف عریض مثل zno،zns و lif،ما نیز با استفاده از این تقریب موقعیت تراز t_2 را با نقاط شروع مختلف، ?/? تا ?/? الکترون ولت بالای کمینه ی نوار رسانش پیش بینی کرده ایم. این بدین معنی است که پیش بینی حضور فاز فرومغناطیسی در اکسیدروی آلاییده به کبالت بدون نقص، حتی در آلایش های نوع n به اندازه ی کافی زیاد، امکان پذیر نمی باشد. سپس، به منظور درک بهتر از نقش ساختار نقص های گسترده در پایداری بلندبرد نظم مغناطیسی، ساختار الکترونی مرزدانه ی sigma 7 دراکسید روی آلاییده به کبالت، مورد مطالعه قرار گرفته است. همبستگی بین وجود مرزدانه و نظم فرومغناطیسی به کمک محاسبات ساختار الکترونی ابتدا به ساکن بررسی شد. تعیین اختلاف کمّی و کیفی بین ساختار الکترونی حالت توده ی ماده شامل آلاینده ی کبالت و ماده ی شامل مرزدانه و آلاینده ی کبالت کلید فهم و درک این پدیده است. به این منظور، رهیافت نظریه ی تابعی چگالی و تقریب asic گنجانده شده در بسته ی محاسباتی siesta را به کار بسته ایم. در فصل پایانی، محاسبات پتانسیل کامل، جهت مطالعه ی گذار حلقه-قفس در خوشه های کوچک اکسید روی zno)n) و اثر آن بر خواص الکترونی و ترمودینامیک ارتعاشی سیستم انجام شد. منشأ این گذار ساختاری، که در n=9 اتفاق می افتد، با مطالعه ی زاویه ی پیوندی zn-o-zn،قدرت پیوند zn-o و تعداد پیوندها بررسی می شود. اندازه ی ??، کوچکترین عدد جادویی خوشه های اکسید روی در حالت پایه است در حالی که برانگیختگی های ارتعاشی، پایداری نسبی خوشه ی zno9 را افزایش می دهد و آن را به عدد جادویی در دماهای بیشتر از حدود ??? درجه ی کلوین تبدیل می کند. ساختار الکترونی به دست آمده، قبل و بعد از به کار گرفتن تصحیح بس ذره ای gw،یک انتقال قرمز ناشی از گذار ساختاری حلقه-قفس را در سیستم نشان می دهد. رفتار نقاط اکسترمم چگالی الکترون خوشه ها و برون یابی به سمت خوشه های بزرگتر می تواند به پیش بینی یک فاز شبه پایدار در کنار ساختار توده ای اکسید روی شود.

امروزه باتوجه به افزایش جمعیت، میزان مصرف انواع انرژی ¬ها افزایش یافته است. بیش ترین مصرف انرژی به فرم¬ هایی مانند سوخت- های فسیلی، نفت و گاز است که این انرژی ¬ها تجدیدناپذیر بوده و در آینده نزدیک به اتمام خواهد رسید .درنتیجه بشر به استفاده از منابع تجدیدناپذیری مانند انرژی خورشیدی روی آورده است که با استفاده از روش¬ های متفاوت می¬ توان آن را به انرژی الکتریکی تبدیل کرد. یکی از این روش¬ ها استفاده از سلول خورشیدی است .یکی از انواع سلول¬ های خورشیدی، سلول خورشیدی رنگدانه ای است که ارزان قیمت و دارای بازده قابل ¬قبولی است وکاربرد ¬های تزئینی نیز دارد .در این پایان ¬نامه به بررسی مولکول¬ های رنگدانه ای، که در سلول خورشیدی رنگدانه ای استفاده می¬ شود، با روش تابعی چگالی تنگابست وابسته به زمان (td-dftb) پرداخته شده است .روش td-dftb نظریه تابعی چگالی وابسته به زمان (tddft) برمبنای مدل تنگابست است .روش td-dftb نسبت به روش tddft یک یا دو مرتبه بزرگی زمان محاسبات را کاهش می ¬دهد .در این پایان نامه گاف انرژی برخی نانو مولکول های رنگدانه ای بکار برده شده در سلول خورشیدی رنگدانه ای را با روش td-dftb بدست آورده ایم که نتایج حاصل شده در تطابق با تجربه و سایر روش های محاسباتی است .همچنین سرعت محاسبات حدود 2 مرتبه بزرگی نسبت به روش turbo-tddft بود .از بین نانو مولکول های رنگدانه ای بررسی شده، نانو مولکول رنگدانه ای opv3-cooh بدلیل وجود گاف انرژی اش در بازه طول موج های مرئی که بیش ترین تابش انرژی خورشیدی را دارد، برای یک سلول خورشیدی رنگدانه ای مناسبتر به نظر می¬ رسد.

استفاده از انرژی خورشید به عنوان یک منبع رایگان، در دسترس و نامحدود، منجر به ساخت سلول های خورشیدی شده است. سلول ­های خورشیدی متداول که با مواد نیمه هادی مانند سیلیسیم یا ژرمانیوم ساخته می شوند علیرغم بازده خوب دارای هزینه بالایی هستند. از این رو نسل جدیدی از سلول های خورشیدی با عنوان سلول خورشیدی رنگدانه ای مورد توجه قرار گرفته است. جذب نور در این سلول ها توسط یک ماده ی رنگی صورت می پذیرد و سبب برانگیخته شدن الکترون های آن می شود، به دلیل نانو ساختار بودن رنگدانه ها، برای افزایش میزان جذب قابل توجهی از نور خورشید از ماده ای دیگر به عنوان پایه استفاده می کنند. سلول ­ خورشیدی رنگدانه ای نسبت به سایر سلول های خورشیدی از هزینه پایینی برخوردارند همچنین تنوع رنگ، شکل و شفافیت و انعطاف پذیری از دیگر مزایای این نوع سلول های خورشیدی است. این در حالی است که سلول های خورشیدی رنگدانه ای نسبت به سلول های خورشیدی متداول بازده پایین تری دارند، که لازم است درصورت امکان بهبود داده شود. یکی از روش های افزایش بازده این نوع سلول ها بهبود رنگدانه به عنوان جذب کننده حساس به نور است. در این پایان نامه به بررسی طیف اپتیکی گروه های متفاوتی از رنگدانه ها شامل opv3, nkx-2nnn و رنگدانه های cyanine, d5, d7, squaraine, c343 و alizarin پرداخته شده است. در این محاسبات انرژی گاف هومو لومو و پاسخ چگالی بار رنگدانه ها به اختلال خارجی بررسی شده است، نتایج حاصل از محاسبات نشان می دهد با افزایش اندازه رنگدانه ها گاف محاسبه شده مقدار کمتری دارد. از اکسید روی به عنوان نیم رسانا و به منظور قرار گیری رنگدانه روی آن استفاده کردیم، ساختار الکترونی اکسید روی مورد بررسی قرار گرفت، همچنین برای تعیین تعداد لایه ها به محاسبه ی انرژی سطح پرداختیم و مشاهده شد از لایه ی 6به بعد تغییری در انرژی سطح لایه ها رخ نداد. از بین رنگدانه های مورد بررسی رنگدانه ی opv3 trans-trans انتخاب شد و بر روی نیم رسانای اکسید روی قرار داده شد، سطح انرژی باند رسانش اکسید روی پایین تر از سطح انرژی باند رسانش رنگدانه قرار دارد و الکترون برانگیخته از باند ظرفیت رنگدانه به باند رسانش اکسید روی می رود و طیف محاسبه شده حاصل از این مجموعه نسبت به رنگدانه ی اولیه کاهش می یابد . محاسبات با استفاده از بسته ی محاسباتی turbo-tddft صورت گرفته که جزئی از بسته ی محاسباتی کوانتوم اسپرسو محسوب می شود و روش لیوویل لنکشوز را در آن ارتقا داده است.

در سال¬های اخیر، گروهی از اکسیدهای فرومغناطیسی رقیق¬شده، که نیمه¬رساناهایی با گاف¬ انرژی پهن هستند و دمای کوری بیشتری نسبت به دمای اتاق دارند، مورد توجه قرار گرفته¬اند. به تازگی، اکسید روی به دلیل قیمت ارزان، فراوانی، سازگاری با محیط زیست، گاف انرژی پهن 3/3 ev ، انرژی بستگی اکسیتونی 60 mev و دسترسی به نمونه¬های حجمی تک بلور با کیفیت بالا و بزرگ به صورت گسترده¬ای مطالعه شده است. اکسید روی به علت مشخصه¬های یاد شده، یکی از بهترین انتخاب¬ها برای استفاده در صنعت اپتوالکترونیک می¬باشد. برای فهم آن، هر دو نوع n و p اکسید روی نیاز است. از طرفی فقدان آلایش نوع p در اکسید روی مانع از استفاده¬ی گسترده از اکسید روی در ابزارهای اپتوالکترونیکی می¬شود. از سوی دیگر، اکسید روی به دلیل خاصیت فوتوکاتالیستی خود، قادر به تجزیه¬ی آلاینده¬ها در فاضلاب¬های صنعتی است. در میان مطالعات انجام شده، نقره کاندیدای مناسبی برای تولید آلایش نوع p و بهبود فعالیت فوتوکاتالیستی اکسید روی است. در این پروژه نانوذرات اکسید روی خالص و آلایش¬یافته با نقره برای دستیابی به آلایش نوع p ساختار ورتسایت اکسید روی به روش تجزیه¬ی حرارتی استات¬ها سنتز شدند. برای بررسی بازده فوتوکاتالیستی این نانوذرات، از آزمون تخریب متیل بنفش استفاده شد. بررسی¬های ما تشکیل ساختار ورتسایت هگزاگونال، کاهش گاف انرژی و تولید آلایش نوع p در این نمونه¬ها را نشان می¬دهد. همچنین این نانوذرات دارای نظم فرومغناطیسی هستند و پاسخ مناسبی به آزمون تخریب متیل بنفش از خود نشان می¬دهند.

محدودیت اساسی در کاربرد ابررساناهای بس بلوری بر پایه یbi ، میخکوبی کم و اتصالات ضعیف بین دانه ای در دماهای بالا و میدان های اعمالی است. بنابراین مراکز میخکوبی مصنوعی با خواص متفاوتی برای ارتقاع خاصیت میخکوبی شار در ابررسانا معرفی شدند. در این پایان نامه به ساخت 3 گروه ابررسانای حجمی bscco با نام های b, a و c پرداخته می-شود که نمونه های گروه a به روش واکنش حالت جامد و گروه b و c به روش سل-ژل ساخته شدند. سپس اثر cnt بر روی گروه a بررسی شد