In掺杂GaN纳米材料光电特性的理论研究
发布时间：2017-10-24 10:05
本文关键词：In掺杂GaN纳米材料光电特性的理论研究
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【摘要】：本论文采用密度泛函理论和太阳能电池基本方程,对I n掺杂G a N的电子结构和光学性质进行了计算,同时,研究了I n G a N太阳能电池性能。本论文内容如下:(1)介绍了G a N的光电性质。给出了G a N的应用和相关研究现状。简单介绍了第一性原理和太阳能电池的机理。(2)计算了纤锌矿G a N以及I n G a N的光电性质,得到了I nxG a 1-x N系统的能带结构和吸收谱等性质。计算结果表明:I nxG a 1-x N仍为直接带隙半导体。随着I n掺杂浓度的增大,带隙值减小。导带向低能方向发生了0.2 e V的漂移,导致带隙分别从没有掺杂的1.8 9 8 e V减小到1.7 5 7 e V,1.5 6 1 e V,1.3 6 9 e V。这对于改善I nxG a 1-x N体系的光电特性很重要。吸收谱向低能方向发生漂移,产生了红移。(3)以掺杂浓度分别为1 2.5%,2 5%,5 0%,7 5%的I nxG a 1-x N合金为研究对象。结果表明,能带结构随着I n掺杂浓度的增加而减小,但是计算的值要小于实验值,这是一个普遍现象,因为G G A计算方法属于基态理论,而带隙属于激发态,这并不影响对I n G a N的光电性质的探究;I nxG a 1-x N合金的介电峰向低能方向有一个较小的移动,很显然,这是红移现象,这主要是由于晶格常数的增加引起带隙的变窄。(4)研究了p层厚度对单结I n G a N太阳能电池的短路电流密度的影响。结果表明,对I n0.1G a 0.9 N来说,随着p层厚度从0.0 5 u m增加到0.0 7 u m,电池的转换效率慢慢变大;当p层厚度从0.0 7 u m继续增大到0.2 5 u m时,太阳能电池的转换效率逐渐减小。所以,p层厚度为0.0 7 u m时,转换效率达到最大。当I n掺杂浓度在0.5~0.7范围内依次增加时,短路电流密度Js c逐渐增大,开路电压Vo c逐渐减小。当I n的掺杂浓度为0.6 3时,转换效率达到最大,最大值为1 9.8 0%,填充因子为0.8 2。因此,恰当的调节p层的厚度和控制I n的掺杂浓度,可以提高单结I n G a N太阳能电池的性能。
【关键词】：GaN 第一性原理 光学性质 In掺杂 太阳能电池
【学位授予单位】：延安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;TM914.4
【目录】：
- 摘要3-4
- abstract4-9
- 第一章 绪论9-14
- 1.1 引言9-10
- 1.2 GaN的基本性质及研究现状10-12
- 1.2.1 GaN的基本性质10-11
- 1.2.2 GaN及InGaN太阳能电池的研究和应用现状11-12
- 1.3 材料的理论模拟计算12-13
- 1.4 本论文研究的内容13-14
- 第二章 第一性原理计算方法简介14-19
- 2.1 关于第一性原理14
- 2.2 密度泛函理论14-16
- 2.2.1 Hohenberg-Kohn定理：多体理论15
- 2.2.2 Kohn-Sham方程15-16
- 2.2.3 交换关联泛函16
- 2.3 赝势方法16-17
- 2.4 能带电子的平面波基底展开17-18
- 2.5 结构优化18-19
- 第三章 太阳能电池的基本原理及概念19-24
- 3.1 太阳能电池的基本原理19-21
- 3.1.1 p-n结内建电场的产生19-20
- 3.1.2 光照下的p-n结20
- 3.1.3 光生载流子输运过程中影响转换效率的因素20-21
- 3.2 太阳能电池的效率的计算21-22
- 3.3 太阳辐射光谱及太阳常数22-24
- 3.3.1 太阳辐射光谱22
- 3.3.2 太阳常数22-24
- 第四章In掺杂GaN电子结构与光学性质的第一性原理研究24-33
- 4.1 理论模型24-25
- 4.2 计算方法25
- 4.3 光学性质的理论描述25-26
- 4.4 GaN体相计算结果与讨论26-28
- 4.5 In掺杂计算结果与讨论28-31
- 4.5.1 晶体结构28-29
- 4.5.2 电子结构29-31
- 4.6 In掺杂GaN光学性质计算结果与讨论31-32
- 4.7 结论32-33
- 第五章 纤锌矿InxG a1-xN合金的电子结构和光学性质的第一性原理研究33-40
- 5.1 计算模型33-34
- 5.2 结果与讨论34-39
- 5.2.1 结构特性分析34-36
- 5.2.2 电子特性36-38
- 5.2.3 光学特性38-39
- 5.3 结论39-40
- 第六章InG aN单结太阳能电池40-49
- 6.1 wxAMPS软件40
- 6.2 太阳能电池基本方程40-42
- 6.3 理论模型42-43
- 6.4 参数选定43-46
- 6.4.1 吸收系数的选择44-45
- 6.4.2 理想太阳能电池的转换效率45-46
- 6.5 In0.1Ga0.9N计算结果与分析46-47
- 6.6 对单结太阳能电池性能的分析47-48
- 6.7 结论48-49
- 第七章 总结与展望49-51
- 7.1 总结49
- 7.2 展望49-51
- 参考文献51-57
- 致谢57-58
- 攻读硕士学位期间的研究成果58
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张锴;王振晓;;中间带宽插入层对InGaN太阳能电池的影响[J];电子科技;2013年08期
2 董位;左然;赖晓慧;师s，
本文编号：1088232
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/1088232.html
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