本文關(guān)鍵詞：In摻雜GaN納米材料光電特性的理論研究

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【摘要】：本論文采用密度泛函理論和太陽能電池基本方程,對I n摻雜G a N的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了計(jì)算,同時(shí),研究了I n G a N太陽能電池性能。本論文內(nèi)容如下:(1)介紹了G a N的光電性質(zhì)。給出了G a N的應(yīng)用和相關(guān)研究現(xiàn)狀。簡單介紹了第一性原理和太陽能電池的機(jī)理。(2)計(jì)算了纖鋅礦G a N以及I n G a N的光電性質(zhì),得到了I nxG a 1-x N系統(tǒng)的能帶結(jié)構(gòu)和吸收譜等性質(zhì)。計(jì)算結(jié)果表明:I nxG a 1-x N仍為直接帶隙半導(dǎo)體。隨著I n摻雜濃度的增大,帶隙值減小。導(dǎo)帶向低能方向發(fā)生了0.2 e V的漂移,導(dǎo)致帶隙分別從沒有摻雜的1.8 9 8 e V減小到1.7 5 7 e V,1.5 6 1 e V,1.3 6 9 e V。這對于改善I nxG a 1-x N體系的光電特性很重要。吸收譜向低能方向發(fā)生漂移,產(chǎn)生了紅移。(3)以摻雜濃度分別為1 2.5%,2 5%,5 0%,7 5%的I nxG a 1-x N合金為研究對象。結(jié)果表明,能帶結(jié)構(gòu)隨著I n摻雜濃度的增加而減小,但是計(jì)算的值要小于實(shí)驗(yàn)值,這是一個(gè)普遍現(xiàn)象,因?yàn)镚 G A計(jì)算方法屬于基態(tài)理論,而帶隙屬于激發(fā)態(tài),這并不影響對I n G a N的光電性質(zhì)的探究;I nxG a 1-x N合金的介電峰向低能方向有一個(gè)較小的移動(dòng),很顯然,這是紅移現(xiàn)象,這主要是由于晶格常數(shù)的增加引起帶隙的變窄。(4)研究了p層厚度對單結(jié)I n G a N太陽能電池的短路電流密度的影響。結(jié)果表明,對I n0.1G a 0.9 N來說,隨著p層厚度從0.0 5 u m增加到0.0 7 u m,電池的轉(zhuǎn)換效率慢慢變大;當(dāng)p層厚度從0.0 7 u m繼續(xù)增大到0.2 5 u m時(shí),太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率逐漸減小。所以,p層厚度為0.0 7 u m時(shí),轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大。當(dāng)I n摻雜濃度在0.5~0.7范圍內(nèi)依次增加時(shí),短路電流密度Js c逐漸增大,開路電壓Vo c逐漸減小。當(dāng)I n的摻雜濃度為0.6 3時(shí),轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大,最大值為1 9.8 0%,填充因子為0.8 2。因此,恰當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)p層的厚度和控制I n的摻雜濃度,可以提高單結(jié)I n G a N太陽能電池的性能。
【關(guān)鍵詞】：GaN 第一性原理 光學(xué)性質(zhì) In摻雜 太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：延安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1;TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• abstract4-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 引言9-10
• 1.2 GaN的基本性質(zhì)及研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 GaN的基本性質(zhì)10-11
• 1.2.2 GaN及InGaN太陽能電池的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀11-12
• 1.3 材料的理論模擬計(jì)算12-13
• 1.4 本論文研究的內(nèi)容13-14
• 第二章 第一性原理計(jì)算方法簡介14-19
• 2.1 關(guān)于第一性原理14
• 2.2 密度泛函理論14-16
• 2.2.1 Hohenberg-Kohn定理：多體理論15
• 2.2.2 Kohn-Sham方程15-16
• 2.2.3 交換關(guān)聯(lián)泛函16
• 2.3 贗勢方法16-17
• 2.4 能帶電子的平面波基底展開17-18
• 2.5 結(jié)構(gòu)優(yōu)化18-19
• 第三章 太陽能電池的基本原理及概念19-24
• 3.1 太陽能電池的基本原理19-21
• 3.1.1 p-n結(jié)內(nèi)建電場的產(chǎn)生19-20
• 3.1.2 光照下的p-n結(jié)20
• 3.1.3 光生載流子輸運(yùn)過程中影響轉(zhuǎn)換效率的因素20-21
• 3.2 太陽能電池的效率的計(jì)算21-22
• 3.3 太陽輻射光譜及太陽常數(shù)22-24
• 3.3.1 太陽輻射光譜22
• 3.3.2 太陽常數(shù)22-24
• 第四章In摻雜GaN電子結(jié)構(gòu)與光學(xué)性質(zhì)的第一性原理研究24-33
• 4.1 理論模型24-25
• 4.2 計(jì)算方法25
• 4.3 光學(xué)性質(zhì)的理論描述25-26
• 4.4 GaN體相計(jì)算結(jié)果與討論26-28
• 4.5 In摻雜計(jì)算結(jié)果與討論28-31
• 4.5.1 晶體結(jié)構(gòu)28-29
• 4.5.2 電子結(jié)構(gòu)29-31
• 4.6 In摻雜GaN光學(xué)性質(zhì)計(jì)算結(jié)果與討論31-32
• 4.7 結(jié)論32-33
• 第五章 纖鋅礦InxG a1-xN合金的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的第一性原理研究33-40
• 5.1 計(jì)算模型33-34
• 5.2 結(jié)果與討論34-39
• 5.2.1 結(jié)構(gòu)特性分析34-36
• 5.2.2 電子特性36-38
• 5.2.3 光學(xué)特性38-39
• 5.3 結(jié)論39-40
• 第六章InG aN單結(jié)太陽能電池40-49
• 6.1 wxAMPS軟件40
• 6.2 太陽能電池基本方程40-42
• 6.3 理論模型42-43
• 6.4 參數(shù)選定43-46
• 6.4.1 吸收系數(shù)的選擇44-45
• 6.4.2 理想太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率45-46
• 6.5 In0.1Ga0.9N計(jì)算結(jié)果與分析46-47
• 6.6 對單結(jié)太陽能電池性能的分析47-48
• 6.7 結(jié)論48-49
• 第七章 總結(jié)與展望49-51
• 7.1 總結(jié)49
• 7.2 展望49-51
• 參考文獻(xiàn)51-57
• 致謝57-58
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果58

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張鍇;王振曉;;中間帶寬插入層對InGaN太陽能電池的影響[J];電子科技;2013年08期

2 董位;左然;賴曉慧;師s，

本文編號(hào)：1088232