Mg基半导体的第一性原理研究与人工智能在团簇领域的应用
发布时间：2021-06-14 05:18
化学式为ABC2的三元化合物家族中,许多成员在光学领域有广泛的应用,包括非线性光学领域、光伏领域等等。2018年K.E.Woo的研究组在实验中首次合成出ABC2族化合物MgSiAs2,并测试发现它具有良好的红外谱区非线性光学性质。同时,研究组在合成产物中发现了一种全新的结构,其化学式为Mg3Si6As8,是一种半直接带隙半导体,带隙值为2.02 eV。该种材料能带结构的价带顶有许多能量相近的极大值点,这些极大值点都可以作为吸光通道,因此材料的光吸收系数高,可能具有良好的光伏性质。材料中的缺陷会对材料的光、电、磁性能造成极大的影响。比如非线性光学材料必须在服役光谱区内透明,而缺陷引入的带隙态会影响材料的透明度,使材料的透明谱区缩短。对于光伏材料,材料中的元素替位掺杂会直接影响材料的带隙值,而带隙值与材料的光伏性能直接相关。此外,在磁性材料领域,磁性过渡金属掺杂的非磁性半导体,又称稀磁半导体,也是一种备受关注的新材料。本文分为两部分,前半部分就MgSiAs2与Mg3Si6As8两种材料中,掺杂对光、电、磁性质的影响进行了系统而深入的研究,论文的前半部分分为五个章节。在第一章中,通过分析Mg...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?（Ａ）?Ｍｇ３Ｓｉ６Ａｓ８与（Ｂ）?ＳｉＡｓ二元化合物中Ｓｈ＠Ａｓ６八面体网格示??意图
与吸光跃迁过程结合，可以引入一种半直接光??跃迁现象。比如，向上跃迁时，材料是直接带隙，跃迁后，应力控制材料变成??间接带隙，这样，跃迁到导带的电子向下跃迁概率减小，留在导带的比例增??大，时间加长，因而可能实现更高的光伏效率［２２＿２４］。??ＭｇＳｉＡｓ２?Ｍｇ３Ｓｉ６Ａｓｇ??ｆ：＾Ｓ????－１????ｏ???ｚ?ｒ?ｘ?ｐ?ｎ?ｒ?ｍ?ｘ?ｒ?ｒ??帽麵??－４－２?０?２?４?＞１?０?２?３??Ｅｎｅｒｇｙ／ｅＶ?Ｅｎｅｒｇｙ／ｅＶ??图１．３?ＭｇＳｉＡｓ２和ＭｇｓＳｉｓＡｓｓ能带与电子态密度（ＤＯＳ）。??图１．３给出ＭｇＳｉＡｓｄＩｌＭｇ３Ｓｉ６Ａｓ８的能带与电子态密度。由能带图可见，??Ｍｇ３Ｓｉ６Ａｓ８的价带顶较平，因此当材料吸光跃迁时，有更多跃迁概率相近的的吸??光通道，可以猜测材料的吸光系数可能较大，同样说明材料的光伏效率可能较??４??
?第１章Ｍｇ基三元半导体的研究背景???ｃ?ｉｎｎ｜?ｉｎｎ丨丨丨丨丨??＇〇?＾７５?Ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ／＾??￣?ｃ?ｔｏ?ｂａｎｄ＾／ｇｅ｜ｏｗ．ｂａｎｃｊｇａｐ??〇?山?５０?ｅｄｇｅｙ＾?ｐｈｏｔｏｎｓ??ｃ艺?／??ＣＤ?〇＞２５：??０?１?２?３??Ｂａｎｄｇａｐ?（ｅＶ）??图１．４光伏半导体光伏效率与带隙关系图。??如前所述，单种光伏材料只能利用到极有限的一部分光谱区的太阳光，于??是，其光伏效率最大也超不过肖克利－奎伊瑟极限。鉴于此，有研究者提出，将??多种光伏材料叠起来做成串联电池来提高光伏效率［２８，３６」７］。图１．５给出一个多??层光伏电池的结构示意图。在多层光伏电池中，从上层到下层，材料的带隙值??依次变宽，入射光先经过带隙最宽的第一层材料，一部分短波谱区的光子被吸??收；能量低于第一层材料带隙值的长波光子绝大多数都能透射到第二层，第二??层材料再吸收转化一段波长较长的谱区；能量小于第二层材料带隙的光子则透??射到第三层，以此类推，实现对可见光谱更充分的利用，达到更高的光伏效??率。实验合成多层光伏电池多为两到三层［３２］。??图１．５多层光伏电池示意图??在多层光伏电池中，除了前面所述的四种损失，由于存在界面，还可能引??入界面上的反射，以及界面电阻，带来额外的损失。因此不同材料之间晶格适??配性一定要好，这样界面电阻才不会太大，界面反射才不会太严重。??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Theoretical prediction on thermal and mechanical properties of high entropy(Zr0.2Hf0.2Ti0.2Nb0.2Ta0.2)C by deep learning potential[J]. Fu-Zhi Dai,Bo Wen,Yinjie Sun,Huimin Xiang,Yanchun Zhou. Journal of Materials Science & Technology. 2020(08)
本文编号：3229148
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?（Ａ）?Ｍｇ３Ｓｉ６Ａｓ８与（Ｂ）?ＳｉＡｓ二元化合物中Ｓｈ＠Ａｓ６八面体网格示??意图
与吸光跃迁过程结合，可以引入一种半直接光??跃迁现象。比如，向上跃迁时，材料是直接带隙，跃迁后，应力控制材料变成??间接带隙，这样，跃迁到导带的电子向下跃迁概率减小，留在导带的比例增??大，时间加长，因而可能实现更高的光伏效率［２２＿２４］。??ＭｇＳｉＡｓ２?Ｍｇ３Ｓｉ６Ａｓｇ??ｆ：＾Ｓ????－１????ｏ???ｚ?ｒ?ｘ?ｐ?ｎ?ｒ?ｍ?ｘ?ｒ?ｒ??帽麵??－４－２?０?２?４?＞１?０?２?３??Ｅｎｅｒｇｙ／ｅＶ?Ｅｎｅｒｇｙ／ｅＶ??图１．３?ＭｇＳｉＡｓ２和ＭｇｓＳｉｓＡｓｓ能带与电子态密度（ＤＯＳ）。??图１．３给出ＭｇＳｉＡｓｄＩｌＭｇ３Ｓｉ６Ａｓ８的能带与电子态密度。由能带图可见，??Ｍｇ３Ｓｉ６Ａｓ８的价带顶较平，因此当材料吸光跃迁时，有更多跃迁概率相近的的吸??光通道，可以猜测材料的吸光系数可能较大，同样说明材料的光伏效率可能较??４??
?第１章Ｍｇ基三元半导体的研究背景???ｃ?ｉｎｎ｜?ｉｎｎ丨丨丨丨丨??＇〇?＾７５?Ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ／＾??￣?ｃ?ｔｏ?ｂａｎｄ＾／ｇｅ｜ｏｗ．ｂａｎｃｊｇａｐ??〇?山?５０?ｅｄｇｅｙ＾?ｐｈｏｔｏｎｓ??ｃ艺?／??ＣＤ?〇＞２５：??０?１?２?３??Ｂａｎｄｇａｐ?（ｅＶ）??图１．４光伏半导体光伏效率与带隙关系图。??如前所述，单种光伏材料只能利用到极有限的一部分光谱区的太阳光，于??是，其光伏效率最大也超不过肖克利－奎伊瑟极限。鉴于此，有研究者提出，将??多种光伏材料叠起来做成串联电池来提高光伏效率［２８，３６」７］。图１．５给出一个多??层光伏电池的结构示意图。在多层光伏电池中，从上层到下层，材料的带隙值??依次变宽，入射光先经过带隙最宽的第一层材料，一部分短波谱区的光子被吸??收；能量低于第一层材料带隙值的长波光子绝大多数都能透射到第二层，第二??层材料再吸收转化一段波长较长的谱区；能量小于第二层材料带隙的光子则透??射到第三层，以此类推，实现对可见光谱更充分的利用，达到更高的光伏效??率。实验合成多层光伏电池多为两到三层［３２］。??图１．５多层光伏电池示意图??在多层光伏电池中，除了前面所述的四种损失，由于存在界面，还可能引??入界面上的反射，以及界面电阻，带来额外的损失。因此不同材料之间晶格适??配性一定要好，这样界面电阻才不会太大，界面反射才不会太严重。??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Theoretical prediction on thermal and mechanical properties of high entropy(Zr0.2Hf0.2Ti0.2Nb0.2Ta0.2)C by deep learning potential[J]. Fu-Zhi Dai,Bo Wen,Yinjie Sun,Huimin Xiang,Yanchun Zhou. Journal of Materials Science & Technology. 2020(08)
本文编号：3229148
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