黃銅礦半導(dǎo)體AⅠBⅢCⅣ2光電特性的理論研究.pdf

1、21世紀(jì)，在資源有限和環(huán)境保護(hù)的條件下，人類面臨著實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與社會的可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)問題，而能源問題尤為突出。太陽能是一種輻射能，因?yàn)樽顫崈?、最可靠，同時(shí)太陽還將照射地球長達(dá)五六十億年之久，可謂取之不盡，因而具有無與倫比的吸引力。我們的研究對象黃銅礦半導(dǎo)體AⅠBⅢCⅥ2，目前是應(yīng)用最廣泛的光電材料，由于其非線性光學(xué)系數(shù)大、中遠(yuǎn)紅外透過率高以及獨(dú)特的光伏特性等，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于非線性器件、探測器、太陽能電池等方面。除了純凈的三元半導(dǎo)體，它

2、的四元合金體系最近也廣為人知，由于其擁有可調(diào)節(jié)帶隙的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被應(yīng)用于固態(tài)照明、高效串聯(lián)太陽能電池等方面。
　　本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法，結(jié)合能帶結(jié)構(gòu)理論和廣義梯度近似，并利用Kohn-Sham方程計(jì)算了三元半導(dǎo)體CuXTe2(X=Al，Ga,In)和四元合金CuGa(SexS1-x)2的晶格結(jié)構(gòu)、電學(xué)和光學(xué)特性并做了系統(tǒng)的對比研究。研究結(jié)過顯示:三種三元半導(dǎo)體的帶隙隨著Ⅲ族元素從鋁(Al)到鎵(Ga)到銦(I

3、n)的順序逐漸減小，而相應(yīng)的晶格常數(shù)、靜態(tài)介電常數(shù)和折射率則在增大，同時(shí)介電常數(shù)和折射率的波峰發(fā)生有紅移現(xiàn)象。此外，由于相似的電子結(jié)構(gòu)，三種純凈化合物的光學(xué)性質(zhì)比較類似，表現(xiàn)在光譜圖上擁有大體一致的行為曲線，值得一提的是，和其他兩種化合物不同，CuInTe2在0～2eV表現(xiàn)有明顯的各向異性。四元合金的帶隙隨著組分x的增加明顯減小并趨向于理想的單節(jié)太陽能電池的帶隙(1.4eV)，且在中間的漸變過程沒有發(fā)生明顯的帶隙改善現(xiàn)象。在不假設(shè)GGA