异质结建模

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多沟道氮化镓异质结二维电子气与能带图的建模

多沟道氮化镓异质结二维电子气与能带图的建模

多沟道氮化镓异质结二维电子气与能带图的建模多沟道氮化镓异质结二维电子气与能带图的建模引言:在过去的几十年中,固体材料的研究和应用一直是物理学、材料科学和工程领域的热门研究方向之一。

特别是半导体异质结构的研究,因其在光电器件和纳米电子学中的潜在应用而受到广泛关注。

多沟道氮化镓异质结是其中之一,其特殊的能带结构在电子输运和能带工程方面具有潜力。

本文将重点介绍多沟道氮化镓异质结中二维电子气的产生机理以及建模方法,并利用能带图说明其应用潜力。

1. 异质结的形成机制多沟道氮化镓异质结由两种不同材料的薄膜或纳米结构组成,其中一种是GaN薄膜,另一种是AlGaN薄膜。

氮化镓材料具有优秀的电子输运性质和热稳定性,而镓合金化铝则可以通过调节铝含量来控制材料的带隙。

通过在氮化镓上沉积AlGaN薄膜,可以形成能隙较小的异质结,产生二维电子气。

2. 多沟道异质结中的二维电子气在多沟道氮化镓异质结中,当AlGaN薄膜与GaN薄膜接触时,产生的应力会导致电子气的形成。

应力可以改变GaN的能带结构,并在异质结界面形成电荷分布。

由于AlGaN的能隙较小,电子可以在GaN/AlGaN界面形成二维电子气,这极大地拓宽了材料的应用领域。

3. 异质结二维电子气的建模方法为了研究异质结中的二维电子气,需要进行建模和仿真。

常用的建模方法包括有效质量模型和波函数匹配方法。

在有效质量模型中,电子在异质结中的行为可以等效为一个自由电子在具有调制的晶格势场中运动。

在波函数匹配方法中,通过解薛定谔方程,可以得到描述在不同材料中的波函数和能量。

这些建模方法可以提供预测异质结二维电子气性质的重要信息。

4. 能带图的解释通过能带图可以直观地展示异质结中的能带结构和电子输运行为。

在多沟道氮化镓异质结中,由于AlGaN薄膜的引入,GaN 的能带结构被调制,电子在GaN/AlGaN界面形成二维电子气。

能带图可以展示由于异质结的引入,带隙的调制以及电子在界面上的局域化问题。

异质结太阳能电池的模拟与优化设计

异质结太阳能电池的模拟与优化设计

异质结太阳能电池的模拟与优化设计作者:何凤琴马昀锋张敏杨超来源:《科技创新导报》2020年第24期摘要:结合异质结电池的工作原理,运用AFORS-HET软件,对n型/p型异质结太阳能电池进行模拟与优化设计,研究发射层、前本征层、衬底层的厚度以及氧化铟锡(ITO)薄膜功函数对异质结太阳能电池性能的影响。

结果显示,n型异质结太阳能电池的转换效率略高于p 型异质结太阳能电池,n型异质结太阳能电池的功函数提升会对电池的转换效率有所帮助,而p型异质结太阳能电池的功函数恰好相反,本文给出了优化的异质结电池结构设计模型。

关键词:异质结太阳能电池层厚功函数模拟中图分类号:TM914.4 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2020)08(c)-0062-04Abstract: Combined with the working principle of heterojunction cells, AFORS-HET software was used to simulate and optimize the design of n / p heterojunction solar cells. The influence of the thickness of emission layer, front eigen layer, substrate layer and indium tin oxide (ITO) film work function on the performance of heterojunction solar cells was studied. The results show that the conversion efficiency of n heterojunction solar cells is slightly higher than that of p heterojunction solar cells, and the work function enhancement of n heterojunction solar cells will help the conversion efficiency of the cells, while the work function of p heterojunction solar cells is the opposite. In this paper, an optimized structural design model of heterojunction cell is presented.Key Words: Heterojunction solar cells; Layer thickness; Work function; Simulate太阳能电池是主流产品,传统单晶硅太阳电池主要采用高温扩散的工艺方式进行电池制备[1],成本较高,并且在一定程度上能耗较高,同时,对硅片的热损伤也较大,随着各工艺技术的逐渐成熟近年来,随着清洁能源的发展,传统的硅基太阳能电池已经实现产业化。

异质结超晶格建模

异质结超晶格建模

异质结超晶格建模异质结超晶格是一种近年来在纳米技术领域引起广泛关注的新型材料。

它的特殊结构使得它具有许多独特的物理和化学性质,因此在光电子学、能源存储和传感器等领域有着广泛的应用前景。

本文将介绍异质结超晶格的建模方法以及其在材料科学中的指导意义。

首先,我们来了解一下什么是异质结超晶格。

异质结超晶格可以被看作是由两种或多种不同材料组成的周期性结构。

其中的材料可以是晶体、非晶体、纳米颗粒或者有机杂化体等。

这些材料的特殊排列使得异质结超晶格具有优异的电子、光学和热学性质。

与普通的材料相比,异质结超晶格的电子结构更加复杂,具有更好的载流子输运性能和较高的量子效率。

因此,通过建模异质结超晶格,我们可以更好地理解其基本性质和物理机制。

针对异质结超晶格的建模方法有很多种,其中最常用的是密度泛函理论(DFT)。

DFT是一种基于量子力学原理的计算方法,可以用来计算材料的基态性质,例如能带结构、密度分布和电子局域性等。

利用DFT方法进行异质结超晶格的建模,可以得到其电子结构的详细信息,并且可以预测其电子输运性能和光学响应等。

此外,还可以利用分子动力学(MD)模拟来研究异质结超晶格的力学性能和热学性质等。

对于纳米尺度的异质结超晶格,建模过程中还需要考虑表面效应。

由于纳米材料的表面与体积相比,具有更高的表面能量和更大的表面积,因此表面效应对于纳米材料的物理和化学性质具有很大影响。

在建模纳米异质结超晶格时,需要对材料的表面进行特殊处理,例如通过引入表面修饰剂或者采用等效表面积的方式来模拟表面效应。

这样一来,建模结果将更加准确地反映纳米异质结超晶格的真实性质。

异质结超晶格的建模工作对于材料科学的发展有着重要的指导意义。

首先,通过建模我们可以预测异质结超晶格的性质,并根据需求进行材料的定向设计。

例如,在太阳能电池领域,通过合理设计异质结超晶格的能带结构和载流子输运性能,可以提高太阳能电池的光电转换效率。

其次,建模可以帮助我们更好地理解材料的物理机制和发展趋势。

AlGaNGaN异质结场效应晶体管TCAD仿真与建模

AlGaNGaN异质结场效应晶体管TCAD仿真与建模

AlGaN/GaN异质结场效应晶体管TCAD仿真与建模Weiwei Kuang这是一篇北卡罗莱纳州立大学研究生院的研究生毕业论文,是博士学位要求完成的一部分。

电气工程罗利北卡罗莱纳州立大学2008年3月审核人委员会主席Robert J. Trew博士委员会副主席Griff L. Bilbro博士Doug Barlage博士Zhilin Li博士致谢这篇论文献给我的导师、家人及朋友…个人简介Weiwei Kuang,1980年6月15日出生于中国高安市。

他于1997年毕业于中国江西师范大学附属高中并且考上了中国的北京航空航天大学。

一完成材料科学与工程的工程学士学位,他就去读新加坡与麻省理工联盟的硕士研究生,这个联盟是新加坡国立大学与剑桥麻省理工学院的合创项目。

2002年他获得了关于纳米微观系统中先进材料方面的理学硕士学位,2003年1月去北卡罗来纳州立大学的电气和计算机工程学院读博士,导师是Dr. Robert J. Trew 和Dr. Griff L.Bilbro。

他的博士生学位研究集中在基于物理学的AlGaN/GaN HFETs的TCAD仿真与建模。

2006年秋季学期,他作为器件工程师在北卡罗莱纳州格林斯博罗射频微装置实习。

他的研究兴趣是以物理为基础的固态器件建模与仿真和III–V材料及器件。

鸣谢我要感谢我的导师Dr. Robert J. Trew and Dr. Griff L. Bilbro。

他们给了我很多灵感与指导,还有鼓励及支持,他们总是让我倍受激励,并且向我展示了什么才是一个好的研究者。

从他们身上学到到的东西在我五年的研究中鼓舞着我,并且将在我未来的事业中帮助我。

作为他们的学生我如此幸运,这将使我受益终生。

感谢Doug Barlage 博士在我博士研究期间给我提出了宝贵的意见和见解,还有他的鼓励和支持。

还要感谢Zhilin Li博士作为我们的委员会成员,感谢他抽出宝贵的时间来评论我的论文。

DLC(P)c-Si(n)c-Si(n+)异质结太阳能电池的数值模拟

DLC(P)c-Si(n)c-Si(n+)异质结太阳能电池的数值模拟

第61卷 第1期厦门大学学报(自然科学版)V o l .61 N o .1 2022年1月J o u r n a l o f X i a m e nU n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c e )J a n .2022h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n d o i :10.6043/j.i s s n .0438-0479.202006034D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n+)异质结太阳能电池的数值模拟熊文文,何 嵩,陈 朝*(厦门大学能源学院,福建厦门361102)摘要:类金刚石(D L C)薄膜因其硬度高㊁禁带宽度可调和抗辐射性好等优点成为空间太阳能电池研究的热点材料之一.采用A F O R S -H E Tv 2.5,在A M 1.5㊁功率密度100m W /c m 2的太阳光辐照条件下模拟D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n+)异质结太阳能电池的性能.通过改变P 型D L C 层和n 型单晶硅层参数,得到太阳能电池输出性能的变化规律,并解释了性能变化的内在原因,为D L C 异质结太阳能电池的性能优化提供了参考与指导.模拟结果表明:该结构太阳能电池的转换效率超过20.07%(开路电压为695.5m V ,短路电流密度为35.11m A /c m 2,填充因子为80.56%).同时研究了D L C (P)/c -S i (n )界面缺陷密度对D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n+)异质结太阳能电池的影响,发现降低界面缺陷密度可以有效提高太阳能电池的性能.关键词:A F O R S -H E T 模拟;类金刚石膜;异质结;太阳能电池中图分类号:T M914.4 文献标志码:A 文章编号:0438-0479(2022)01-0049-09收稿日期:2020-06-21 录用日期:2020-07-07基金项目:福建省科技厅工业引导项目(2017H 0038)*通信作者:c c h e n @x m u .e d u .c n引文格式:熊文文,何嵩,陈朝.D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n +)异质结太阳能电池的数值模拟[J ].厦门大学学报(自然科学版),2022,61(1):49-57.C i t a t i o n :X I O N G W W ,H ES ,C H E N C .N u m e r i c a l s i m u l a t i o no fD L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n +)h e t e r o ju n c t i o ns o l a r c e l l [J ].J X i a m e nU n i vN a t S c i ,2022,61(1):49-57.(i nC h i n e s e) 晶硅太阳能电池是最早被开发出来且应用最广泛的太阳能电池,但其抗辐射性能差,在受到宇宙射线粒子辐照时,会发生强辐射性复合,导致光生少子下降,严重损害电池器件的输出性能[1-2],因此无法在太空等高辐射环境领域中应用.因此越来越多的研究者投身于新型材料太阳能电池的研究.其中,类金刚石(D L C )膜因其光学透过性优异[3-4]㊁抗辐射能力强[5]㊁硬度高㊁抗划伤耐磨性能好[6-8]以及禁带宽度在0~5.5e V 之间可调[9-13],吸引了众多研究人员的注意.1982年,M o r a v e c 等[14]首次将D L C 作为减反射膜应用于晶硅太阳能电池,将其光电转换效率(η)提高了40%;V e e r a s a m y 等[15]研究了掺氮的DL C 与p 型晶体硅异质结光电二极管的光伏特性和光谱响应,在D L C 薄膜上观察到突变结,并且随着D L C 薄膜掺杂量的增加光电压升高,响应峰位由800n m 提高到1000n m ,这表明硅的势垒区变宽.在D L C 光电子领域的应用研究中发现,D L C 不仅具有高抗辐射性,而且在掺杂浓度达到1019c m -3时具备优异的半导体性能,可用于空间太阳能电池的开发[16-17].L e e 等[18]将硼掺杂的P 型D L C (禁带宽度为3.5e V )用作窗口层,研究非晶硅基D L C 异质结太阳能电池的载流子输运机制,结果发现以禁带宽度过高的D L C 作为窗口层时电阻率太高,无法有效制备非晶硅基D L C 太阳能电池,此时插入P 型非晶S i C 可以优化该结构.M a等[19]采用电弧放电等离子体化学气相沉积(P C V D )法在n 型单晶硅衬底上沉积了硼掺杂的P 型D L C ,成功制备了A u /D L C (P )/c -S i (n )/A g 异质结太阳能电池,并在A M 1.5㊁功率密度100mW /c m 2的光照条件下测得开路电压(V O C )为580m V ,短路电流密度(J S C )为32.5m A /c m 2,填充因子(F F )为42%,η为7.9%,这为D L C 在空间太阳能电池的应用开辟了广阔的前景.然而,目前D L C /S i 异质结太阳能电池的转换效率依旧很低,对其影响因素及内在机理尚无深入了解和系统研究,这使得D L C /S i 太阳能电池的制备与优化没有明确的方向.本研究对影响D L C (P )/c -S i (n)/c -S i (n+)异质结太阳能电池输出性能的关键参数进行模拟并对其影响机理展开分析,希望为更高效率的D L C /S i 异质结太阳能电池的研究开发提供参考与指导.Copyright©博看网 . All Rights Reserved.厦门大学学报(自然科学版)2022年h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n 1 D L C 异质结太阳能电池的物理模型与能带结构本研究中掺杂浓度大的材料的导电类型用大写字母表示,如P (p o s i t i v e )或N (n e g a t i v e );掺杂浓度小的用小写字母表示其导电类型,如p 或n ;宽带隙重掺杂的P 型非晶D L C 膜用D L C (P )表示,n 型单晶硅片用c -S i (n )表示,重掺杂的背电场单晶硅薄层用c -S i (n+)表示.本研究模拟的D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n+)异质结太阳能电池的结构如图1所示.E c p ㊁E f p 和E v p 分别为D L C (P )层的导带底㊁准费米能级和价带顶;E c n ㊁E f n 和E v n 分别为c -S i (n )层的导带底㊁准费米能级和价带顶;χD L C 和χS i 分别为D L C (P )层和c -S i (n )层的电子亲和能;ΦD L C ㊁ΦS i 和ΦD L C 本征分别为DL C (P )层㊁c -S i (n )层和本征D L C 的功函数;E g D L C 和E gS i 分别为D L C (P )层和c -S i (n )层的禁带宽度;e V D 1㊁e V D 2和e V D 分别为D L C (P )层㊁c -S i (n )层和D L C (P )/c -S i (n )的内建电势能;ΔE c 和ΔE v 分别为D L C (P )层与c -S i (n )层间的导带差和价带差;x 1和x 2分别为DL C (P )层和c -S i (n )层的势垒区宽度.图2 光照下D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n+)异质结的能带图F i g .2E n e r g y b a n d d i a g r a mo f D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n +)h e t e r o j u n c t i o n u n d e r l i gh t 该太阳能电池的实验室制备过程如下:先在n型图1 D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n+)异质结太阳能电池的结构示意图F i g .1S t r u c t u r e d i a gr a mo f D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n +)h e t e r o ju n c t i o n s o l a r c e l l 单晶硅片的背表面扩散一层重掺杂磷的薄层,之后在单晶硅片的正表面用等离子体增强化学气相沉积(P E C V D )法生长一层5~10n m 的掺硼D L C 薄膜,然后在掺硼D L C 膜表面溅射一层T C O ,最后制备金属电极,构成T C O /D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n +)/A g 异质结太阳能电池.能带结构是深入分析太阳能电池工作原理及影响机理的依据.根据M a n d e l 等[20]在测量D L C 带隙态密度时计算得到带隙1.5e V 的本征D L C 的功函数约为3.8e V ,结合异质结平衡态经典的安德森(A n d e r s o n)理论[21-22],本研究得出光照下D L C (P )层禁带宽度为1.5e V 时D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n+)异质结的能带图,如图2所示.太阳光从正面入射到异质结表面,经过表面减反射膜时,小部分太阳光被反射,大部分进入D L C 膜的能量大于D L C 带隙的太阳光激发D L C 产生光生电子,进入界面附近的势垒区.因为两种材料带隙相差较大,形成的异质结为突变异质结,所以势垒区是耗尽区.异质结的势垒区由宽带隙的D L C 和窄带隙的S i 两部分组成,因为D L C 是重掺杂,而S i 是轻掺杂,所以S i的势垒区宽度x 2要比D L C 的势垒区宽度x 1更大.在D L C 层和D L C 势垒区产生的光生电子受电场的作用,快速进入界面处,部分被界面态和定域能级复合,剩下的电子进入S i 的势垒区.由于D L C 膜的带隙比S i 的大,具有窗口作用,大部分太阳光穿过D L C㊃05㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第1期熊文文等:D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n +)异质结太阳能电池的数值模拟h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n 薄膜照到单晶硅的势垒区,激发单晶硅的能带产生电子-空穴对,这些光生电子一部分被界面处的界面态和定域能级复合,一部分在电场作用下向单晶硅体内漂移,进入背面的c -S i (n +)区.背电场的高低结加速了这部分光生电子向背面移动.与此同时,入射光激发各区半导体所生产的光生空穴,向光生电子相反的方向移动,一部分在异质结界面处被界面态和定域能级复合,一部分最后到达D L C (P )区光照面.这样,在异质结的光照面积累了空穴,在背面积累了电子,产生了光电压,接上负载后就有光电流产生.2 A F O R S -H E T 模拟软件简介与参数设置A F O R S -H E Tv 2.5是由德国H ZB (H e l m h o l t z -Z e n t r u mB e r l i n)研究所开发的一款专门用于模拟异质结太阳能电池的软件,可以对任意半导体层进行建模,并指定相应的层和界面性质与缺陷分布.利用不同条件下的有限差分法,通过求解一维半导体泊松方程以及S h o c k l e y-R e a d -H a l l 复合统计的电子和空穴连续性方程[23],计算出相关太阳能电池的输出特性.本研究模拟设定太阳能电池工作的环境温度为300K ,采用A M 1.5㊁功率密度100mW /c m 2的辐射作为光源,掺杂D L C 的态密度分布来自于R o b e r t s o n等[24]关于D L C 的缺陷研究,并根据文献[25-28]的实验结果确定了掺杂D L C 的其他参数.单晶硅层的所有参数都具有标准值,并由A F O R S -H E T 自带设定,具体参数设置如表1所示,表中括号内为该参数的变化范围.表1 模拟参数T a b .1 S i m u l a t i o n p a r a m e t e r s参数D L C (P)c -S i (n )c -S i (n+)厚度/n m5(5~23)3ˑ105(5ˑ104~5ˑ105)50介电常数9.511.911.9电子亲合能/e V 3.64.054.05带隙/e V 0.8(0.8~1.9)1.1241.124光学带隙/e V0.8(0.8~1.9)1.1241.124有效导带密度/1019c m -31.692.8462.846有效价带密度/1019c m -31.42.6852.685电子迁移率/(c m 2㊃V -1㊃s -1)4.811111111空穴迁移率/(c m 2㊃V -1㊃s -1)0.48421.6421.6受主掺杂浓度/1019c m -37.47(7.1~11)00施主掺杂浓度/1016c m -35.5(0.4~75)7080电子热运动速度/(107c m ㊃s -1)2.2511空穴热运动速度/(107c m ㊃s-1)0.911层密度/(g㊃c m -3)1.82.3282.328俄歇电子复合系数/(10-31c m 6㊃s -1)02.22.2俄歇空穴复合系数/(10-32c m 6㊃s -1)09.99.9带间复合系数/(c m 6㊃s -1)00带尾态密度/(1021c m -3㊃e V -1)1缺陷态密度/(c m -3㊃e V -1)6.8ˑ10191ˑ10101ˑ1010D L C (P )/c -S i (n )界面态的缺陷密度/(c m -2㊃e V -1)0(3.13ˑ1010~1.13ˑ1014)3 实验结果与分析3.1 D L C (P)层禁带宽度的影响设定D L C (P )层厚度为5n m ,禁带宽度在0.8~1.9e V 范围内变化,太阳能电池主要性能随D L C (P )层禁带宽度E g D L C 变化的结果如图3所示.随着E g D L C 的升高:V O C 呈大幅上升趋势,在E gD L C 达到1.6e V 后保持平稳;J S C 由0.8e V 时的34.74m A /c m 2微降至1.9e V 时的34.48m A /c m 2;F F 和η均先上升后下降,分别在1.3和1.5e V 时达到极大值.㊃15㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.厦门大学学报(自然科学版)2022年h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .cn 图3 D L C 禁带宽度对D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n+)异质结太阳能电池输出性能的影响F i g .3E f f e c t o f D L Cb a n d g a p o n t h e o u t p u t pe rf o r m a n c e s o f D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n +)h e t e r o ju n c t i o n s o l a r c e l l 根据异质结太阳能电池理论,V O C 与E g D L C 的关系如式(1)[29]所示:e V O C =E g D L C -Δχ+k T l n J Le N c 2S 1,(1)其中,e 为电子电量,Δχ为D L C (P )层与c -S i (n )层间的电子亲和能差,k 为玻尔兹曼常数,T 为绝对温度,J L 为光电流密度,N c 2为界面处c -S i (n )导带底的态密度,S 1为界面处复合速率.随着E g D L C 的增大,电池能带失配增大,V O C 上升;但同时Δχ也增大,并且逐渐抵消了E gD L C 的增量,致使V O C 趋于饱和.对于J S C 的变化趋势,可由式(2)[30]来进行解释:J L =e η0N (E g ),(2)其中,η0为载流子收集效率,N (E g )为能量超过E g 的光子流密度.由于太阳光中分布着不同能量的光子,只有那些能量大于禁带宽度的光子才能在半导体中产生光生电子空穴对,从而形成光生电流,所以E gD L C 的增大导致D L C (P )层的光生载流子浓度降低,但同时透过D L C (P )层到达c -S i (n )的光子增多,c -S i (n )层光生载流子浓度上升,二者共同作用使得J S C 的变化并不明显.然而,D L C /S i 异质结太阳能电池的J S C 较晶硅电池偏低:这一方面是由于D L C 薄膜材料对太阳光的吸收系数较低,造成电池材料收集到的太阳光能量低㊁光子数少;另一方面是由于D L C 的载流子迁移率相较于晶硅太低,造成光生载流子在电场分离作用下的漂移运动能力低或势垒边的扩散运动低,致使J S C 较低.与同质结一样,异质结的F F 与V O C 及串联电阻之间存在如下关系[31-32]:F F =P m I S C V O C ʈ1-k T e V O C l n1+e V m k T-k T e V O C,(3)F F (R s h ,R s )ʈ F F (0,ɕ)1-I S C R sV O C -V O C I S C R s h,(4)其中,P m 为最大输出功率,I S C 为短路电流,V m 为峰值电压(输出功率最大时的工作电压),R s h 为并联电阻,R s 为串联电阻.F F 先随E g D L C 的增大而增大,这是因为E g D L C 的增大导致V O C 增大,F F 与V O C 呈正相关(式(3));进一步增大E g D L C ,D L C (P )层受主能级变深,进而D L C (P )层的串联电阻R s 快速增大,导致F F 快速下降(式(4)).异质结太阳能电池的光电转换效率η如式(5)[31]所示:η=F F ˑI S C ˑV O C P i,(5)其中P i 为太阳光的入射功率.综合V O C ㊁J S C 和F F 随E g D L C 的变化趋势,η随E gD L C 的增大呈先上升后下降的变化趋势.上述模拟结果表明E g D L C 为1.5e V 时太阳能电池有最佳光电转换效率.3.2 D L C (P)层厚度的影响根据3.1节的模拟结果,取E gD L C 为1.5e V ,模拟D L C (P)层厚度对太阳能电池输出性能的影响,根据现有的沉积技术能达到的最薄厚度[33],取D L C (P )层起始模拟厚度为5n m ,结果如图4(a )所示.当D L C (P )层厚度由5n m 增加至23n m 时,V O C ㊁J S C ㊁F F ㊁η均随着D L C (P )层厚度的增加而下降.这是因为:D L C (P )层厚度的增加导致入射光在层内吸收衰减,降低了光生载流子浓度,J S C 与V O C 下降(式(1));D L C (P )层厚度的增加使得串联电阻R s 上升,F F 与R s 呈负相关(式(4)),所以F F 下降;而η正比于V O C ㊁J S C ㊁F F 的乘积(式(5)),所以η也下降.通过对比D L C (P)层厚度分别为5,9,13,17,23n m 时的内量子效率(I Q E),如图4(b )所示,发现随着D L C (P )层厚度的增加,I Q E 逐渐下降,这说明光生载流子浓度随着D L C (P )层厚度的增加而降低,进一步证实了上述观点.㊃25㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第1期熊文文等:D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n +)异质结太阳能电池的数值模拟h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .cn 图4 D L C (P )层厚度对D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n+)异质结太阳能电池输出性能(a )和I Q E (b)的影响F i g .4E f f e c t o f D L C (P )t h i c k n e s s o n t h e o u t pu t pe rf o r m a n c e s (a )a n d I Q E (b )o f D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n +)h e t e r o ju n c t i o n s o l a r c e l l 3.3 D L C (P)层掺杂浓度的影响根据上述模拟结果,取D L C (P )层的禁带宽度为1.5e V ㊁厚度为5n m ,考察D L C (P )层受主掺杂浓度(N A )对太阳能电池输出性能的影响,结果如图5(a)所示.结果表明:当D L C (P )层N A 在7.1ˑ1019~9ˑ1019c m -3范围内时,V O C ㊁F F ㊁η均有较大增幅;当N A 高于9.5ˑ1019c m -3时,上述3个参数值均不再增加;J S C 则随着N A 的升高逐渐下降.随着D L C (P)层N A 的升高,费米能级逐渐向价带顶移动,使得异质结的准费米能级差加大,致使V O C 增大.通过对比D L C (P )层N A 分别为7.5ˑ1019和9.5ˑ1019c m -3时的平衡能带图,如图5(b)所示,发现随着D L C (P )层N A 的升高,D L C (P )层与c -S i (n)层之间的导带差ΔE c 与价带差ΔE v 均增大,进而增大了D L C (P )/c -S i (n )的内建电势能e V D ,V O C 升高(式(1)),F F 随着V O C 的升高而增大(式(3)).但N A 升高的同时D L C (P )层少子的扩散长度减小,少子在D L C (P )层内的复合增加,使得光生载流子不易被收集,导致J S C 下降.由于V O C 与F F 的增长贡献高于J S C ,所以η也增大.图5 D L C (P )层N A 对D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n+)异质结太阳能电池输出性能的影响(a );D L C (P)层N A 不同时D L C (P )/c -S i (n )异质结的平衡能带示意图(b)F i g .5E f f e c t o f D L C (P )N A o n t h e o u t p u t p e r f o r m a n c e s o f D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n +)h e t e r o ju n c t i o n s o l a r c e l l (a );e n e r g y b a n d d i a gr a mo f D L C (P )/c -S i (n )h e t e r o ju n c t i o nw i t h d i f f e r e n t D L C (P )N A (b )3.4 c -S i (n)层掺杂浓度的影响当D L C (P )层的禁带宽度为1.5e V ㊁厚度为5n m ㊁N A 为9.5ˑ1019c m -3时,模拟c -S i (n)层施主掺杂浓㊃35㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.厦门大学学报(自然科学版)2022年h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n 度(N D )对D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n+)异质结太阳能电池的影响,结果如图6(a )所示:随着c -S i (n)层N D 的提高,V O C 逐渐上升,J S C 与F F 逐渐下降,η则先上升后下降,并在N D 为5.5ˑ1016c m -3时达到极大值19.06%.c -S i (n )层N D 的增加使得c -S i (n )层的准费米能级向导带底移动,增加了异质结的准费米能级差,V O C随之增大(式(1)).该现象也可由N D 分别为1.5ˑ图6 c -S i (n )层N D 对D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n+)异质结太阳能电池输出性能的影响(a );c -S i (n)层N D 不同时D L C (P )/c -S i (n )异质结的平衡能带示意图(b)F i g .6E f f e c t o f c -S i (n )N D o n t h e o u t p u t p e r f o r m a n c e s o f D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n +)h e t e r o ju n c t i o n s o l a r c e l l (a );e n e r g y b a n d d i a gr a mo f D L C (P )/c -S i (n )h e t e r o ju n c t i o nw i t h d i f f e r e n t c -S i (n )N D (b )1016和1.5ˑ1017c m -3时的平衡能带图来进行解释,如图6(b )所示,c -S i (n )层N D 的升高使得该层导带与价带向下移动,导带差ΔE c 与价带差ΔE v 均增大,V O C 上升.J S C 和FF 的下降是因为c -S i (n )层N D 的提高一方面导致少数载流子扩散长度减小,c -S i (n )复合增加,使得光生载流子不易被收集;另外,由式(6)[25]与图6(b )可知,N D 的升高导致c -S i (n)层中势垒区变薄,不利于光生载流子的分离与漂移.x 2=2εS i εD L CV D e N A N D (εS i N D +εD L CN A ),(6)其中,εS i 与εD L C 分别为c-S i (n )层与D L C (P )层的介电常数,V D 为内建电场强度.在c -S i (n )层N D 小于5.5ˑ1016c m -3时,J S C 和FF 的下降幅度较小,V O C 较大的上升幅度对η的升高起主导作用;当c -S i (n)层的N D 大于5.5ˑ1016c m -3时,V O C 的上升幅度逐渐变缓,J S C 和F F 下降造成的影响大于V O C 上升造成的影响,最终导致η逐渐下降.3.5 c -S i (n)层厚度的影响当D L C (P )层的禁带宽度为1.5e V ㊁厚度为5n m ㊁N A 为9.5ˑ1019c m -3,c -S i (n )层N D 为5.5ˑ1016c m -3时,考察c -S i (n)层厚度对太阳能电池输出性能的影响,结果如图7所示:随着c -S i (n )层厚度的增图7 c -S i (n )厚度对D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n+)异质结太阳能电池输出性能的影响F i g .7E f f e c t o f c -S i (n )t h i c k n e s s o n t h e o u t p u t pe rf o r m a n c e s o f D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n +)h e t e r o ju n c t i o n s o l a r c e l l 大,V O C ㊁J S C ㊁η均上升,而F F 则逐渐下降.c -S i (n )层不仅是吸收入射光的主要区域,更是产生光生载流子的主要区域.c -S i (n )层厚度的增加,增大了光子的吸收容量和吸收能力,产生更多的电子空穴对,光生载流子的浓度增加,J S C 和V O C 上升(式(1));同时厚度的上升会导致串联电阻R s 升高,F F 下降(式(4)).V O C 与J S C 的上升幅度较大,为η的上升做出了主要贡献.㊃45㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第1期熊文文等:D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n +)异质结太阳能电池的数值模拟h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n 考虑到随着c -S i (n)层厚度的增加,制备成本会越来越高,本研究只模拟了D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n+)异质结太阳能电池在c -S i (n )层厚度小于500μm 时的性能,可根据实际需求对c -S i (n )层厚度进行选择.3.6 D L C (P )/c -S i (n)界面态的影响由于D L C 与单晶硅的晶格常数不同,在二者的接触界面上会出现晶格缺陷,缺陷的密度取决于晶格间的失配程度,晶格缺陷会在禁带中产生能级,这些产生于半导体界面的电子能级或能带即为界面态,其位置在图2中已标出.D L C (P )/c -S i (n)界面态呈高斯分布[24],界面态的存在将导致严重的载流子复合.因此,研究D L C (P )/c -S i (n )界面缺陷密度(D i t )的影响对于该结构异质结太阳能电池的实验制备具有重要的参考价值.在该部分模拟实验中,设置D L C (P )/c -S i (n)的D i t 在3.13ˑ1010~1.13ˑ1014c m -2㊃e V -1范围内变化,结果如图8所示.很显然,V O C ㊁J S C ㊁F F 和η均随着D i t 的增加呈下降趋势,当D i t 超过1ˑ1012c m -2㊃e V -1时下降幅度较大,在D i t 达到1.13ˑ1014c m -2㊃e V -1时η只有0.31%,可见D i t 对D L C (P )/c -S i (n )异质结太阳能电池的影响显著.图8 D i t 对DL C (P )/c -S i (n )/c -S i (n +)异质结太阳能电池输出性能的影响F i g .8E f f e c t o f D i t o n t h e o u t p u t pe rf o r m a n c e s o f D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n +)h e t e r o ju n c t i o n s o l a r c e l l 高D i t 使得界面处载流子复合速率S 1上升,由式(1)可知这会导致太阳能电池的各项输出性能下降.为了更深入地了解D i t 对V O C 的影响,对比了D i t 分别为1.13ˑ1011和1.13ˑ1013c m -2㊃e V -1时的平衡能带和电场分布,如图9所示.由图9(a )可知,D i t 低时c -S i (n )层势垒区能带的弯曲程度高于D i t 高时的能带弯曲程度,因此,S 1随D i t 的上升而加快,V O C 与J S C 随D i t 的上升而下降.由图9(b )可知,D i t 高时界面电场大于D i t 低时的界面电场.根据P n 结载流子的输运机制分析可知,当P 型D L C 层与n 型S i 层接触时,电子将从高费米能级的n 型S i 层流向低费米能级的P 型D L C 层,使得两侧费米能级相等.D i t 高的界面,电子俘获能力强,使得P 型D L C 表面形成高电子密度的负空间电荷区,在界面处产生很强的电场,也从侧面验证了上述D i t 高时载流子更易被俘获的观点.由此可见,在D L C /c -S i (n)异质结太阳能电池的实际制备中,寻求降低D L C (P )/c -S i (n )D i t 的方法应成为重要的关注点.图9 不同D i t 时D L C (p )/c -S i (n )异质结的平衡能带(a )和电场分布(b)F i g .9E q u i l i b r i u me n e r g y ba n d (a )a n d e l e c t r i c f i e l d d i s t r ib u t i o n (b )o f D L C (P )/c -S i (n)h e t e r o ju n c t i o nw i t h d i f f e r e n t D i t 4 结 论本研究给出了D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n+)异质结㊃55㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.厦门大学学报(自然科学版)2022年h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n 的平衡能带图并对其工作原理进行了阐述,进而应用A F O R S -H E Tv 2.5模拟软件研究了D L C (P )层与c -S i (n )层关键参数变化对T C O /D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n +)/A g 结构太阳能电池输出性能的影响.结果显示,对D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n+)异质结太阳能电池的D L C (P )层与c -S i (n )层参数进行优化调节,其η可以超过20.07%,此时,V O C ㊁J S C 和FF 分别为695.5m V ㊁35.11m A /c m 2和80.56%.随后研究了D L C (P )/c -S i (n )D i t 对DL C (P )/c -S i (n )异质结太阳能电池的影响,发现降低D i t 可以大幅提高其电池性能.模拟结果表明,D L C (P )/c -S i (n)异质结太阳能电池在空间等高辐射环境领域具有很高的研究价值和应用价值.参考文献:[1] N E I T Z E R T H C ,F E R R A R A M ,K U N S T M ,e ta l .E l e c t r o l u m i n e s c e n c ee f f i c i e n c y d e g r a d a t i o no fc r ys t a l l i n e s i l i c o ns o l a rc e l l sa f t e ri r r a d i a t i o n w i t h p r o t o n si nt h ee n e r g y r a n g e b e t w e e n 0.8M e Va n d 65M e V [J ].P h y s i c a S t a t u s S o l i d i (b ),2008,245(9):1877-1883.[2] S R I V A S T A V A P C ,P A N D E Y S P ,A S O K A N K .As t u d y o n s w i f t (~100M e V )h e a v y (S i 8+)i o n i r r a d i a t e d c r ys t a l l i n e S i -s o l a rc e l l [J ].N u c l e a rI n s t r u m e n t s a n d M e t h o d s i n P h y s i c s R e s e a r c h S e c t i o n B :B e a m I n t e r a c t i o n sw i t h M a t e r i a l sa n d A t o m s ,2006,244(1):166-170.[3] K L I B A N O V L ,C R O I T O R U NI ,S E I D M A N A ,e ta l .D i a m o n d -l i k e c a r b o n t h i n f i l m s a s a n t i r e f l e c t i v e a n dp r o t e c t i v ec o a t i n gso fG a A se l e m e n t sa n dd e v i c e s [J ].O p t i c a l E n g i n e e r i n g,2000,39(4):989-992.[4] G U N T H E R K ,S O N N T A G F ,R O C H T ,e ta l .O p t i c a l p r o p e r t i e so ft e t r a h e d r a la m o r ph o u sc a r b o nf i l m sa n d t h e i r p o t e n t i a l f o rl a b -o n -a -c h i p [J ].M a t e r i a l sS c i e n c e s a n dA p p l i c a t i o n s ,2015,6(5):445-455.[5] J I L ,L IH X ,Z H A O F ,e ta l .I n f l u e n c e so fu l t r a v i o l e ti r r a d i a t i o n o n s t r u c t u r e a n d t r i b o l o g i c a l p r o p e r t i e s o f d i a m o n d -l i k ec a r b o nf i l m s [J ].A p pl i e dS u r f a c eS c i e n c e ,2009,255(20):8409-8413.[6] P H A R RG M ,C A L L A H A NDL ,M C A D A M S SD ,e t a l .H a r d n e s s ,e l a s t i c m o d u l u s ,a n ds t r u c t u r eo fv e r y ha r d c a rb o nf i l m s p r o d uc ed b y c a t h o d i c -a r cde po s i t i o n w i t h s u b s t r a t e p u l s e b i a s i n g [J ].A p p l i e d P h y s i c s L e t t e r s ,1996,68(6):779-781.[7] L E U M S ,C H E NSY ,C H A N GJ J ,e t a l .D i a m o n d -l i k ec o a t i n g s p r e p a r e db y t h e f i l t e r e dc a t h od i ca r cte c h n i q u ef o r m i n t i ng a p p l i c a t i o n [J ].S u r f a c e a n d C o a t i n g s T e ch n o l o g y,2004,177/178:566-572.[8] A N K I TK ,V A R A D EA ,R E D D YKN ,e t a l .S yn t h e s i s o f h i g h h a r d n e s s I R o p t i c a l c o a t i n g u s i n g di a m o n d -l i k e c a r b o n b y P E C V Da t r o o mt e m p e r a t u r e [J ].D i a m o n d a n d R e l a t e dM a t e r i a l s ,2017,78:39-43.[9] R O B E R T S O N J .D i a m o n d -l i k e a m o r ph o u s c a r b o n [J ].M a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g R :R e p o r t s ,2002,37(4/5/6):129-281.[10] Y O O NSF ,Y A N G H ,R U S L I ,e t a l .T h e i n f l u e n c eo fR Fi n d u c e d b i a s o n t h e p r o pe r t i e s of d i a m o n d -l i k e c a r b o n f i l m s p r e p a r e du s i ng E C R -C V D [J ].J o u r n a lo f E l e c t r o n i cM a t e r i a l s ,1998,27(1):46-52.[11] R O B E R T S O NJ .D e p o s i t i o n m e ch a ni s m s f o r p r o m o t i n gs p 3b o n d i n g i nd i a m o n d -l i k ec a r b o n [J ].D i a m o n da n d R e l a t e dM a t e r i a l s ,1993,2(5/6/7):984-989.[12] R O S S I F .D i a m o n d a n d d i a m o n d -l i k e c a r b o n f i l m s [M ]ʊA d v a n c e d t e c h n i q u e s f o r s u r f a c e e n g i n e e r i n g .D o r d r e c h t :S p r i n ge r ,1992:371-397.[13] S R I S A N T I R U TT ,P E N G C H A N W.O p t i c a l a n d e l e c t r i c a l p r o p e r t i e s of d i a m o n d -l i k e c a r b o n t h i n f i l m w i t hd e po s i t i o n b y E C R -C V Ds y s t e m [J ].K e y E n g i n e e r i n g M a t e r i a l s ,2019,814:47-52.[14] M O R A V E C T J ,L E E J C .T h e d e v e l o pm e n t o f d i a m o n d l i k e (i -c a r b o n )t h i n f i l m s a s a n t i r e f l e c t i n g c o a t i n g s f o r s i l i c o n s o l a r c e l l s [J ].J o u r n a l o fV a c u u mS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,1982,20(3):338-340.[15] V E E R A S A M YVS ,A M A R A T U N G A G AJ ,P A R KJ S ,e t a l .P h o t o r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s o f n -t y pe t e t r a h e d r a l a m o r p h o u sc a r b o n /p -t y p eS ih e t e r o ju n c t i o n d i o d e s [J ].A p p l i e dP h y s i c sL e t t e r s ,1994,64(17):2297-2299.[16] L I T O V C H E N K O V G ,K L Y U INI.S o l a r c e l l sb a s e do nD L C f i l m -S i s t r u c t u r e s f o r s p a c e a p pl i c a t i o n [J ].S o l a r E n e r g y Ma t e r i a l s a n d S o l a r C e l l s ,2001,68(1):55-70.[17] W A N GS ,P UJ ,L I NC ,e t a l .M e t h o d f o r p r o d u c t i o n o f d i a m o n d -l i k e c a rb o n f i l m h a v i n g s e m ic o nd u c t i n gp r o p e r t y:U S 7721798(B 1)[P ].2010-06-01.[18] L E EC H ,L I M K S .C a r r i e r t r a n s p o r t t h r o u ghb o r o n -d o p e d a m o r p h o u s d i a m o n d -l i k e c a r b o n p l a y e r o f a m o r p h o u ss i l i c o nb a s e d p -i -ns o l a rc e l l s [J ].A p pl i e d P h ys i c s L e t t e r s ,1999,75(4):569-571.[19] M AZQ ,L I UBX .B o r o n -d o p e dd i a m o n d -l i k e a m o r ph o u s c a r b o n a s p h o t o v o l t a i cf i l m si n s o l a r c e l l [J ].S o l a rE n e r g y Ma t e r i a l s a n d S o l a r C e l l s ,2001,69(4):339-344.[20] M A N D E LT ,F R I S C H H O L ZM ,H E L B I GR ,e t a l .G a p-s t a t em e a s u r e m e n t so nd i a 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All Rights Reserved.第1期熊文文等:D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n +)异质结太阳能电池的数值模拟h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n 社,2006:36-50.[23] L I UJ ,H U A N G S H ,H E L .S i m u l a t i o no fah i gh -e f f i c i e n c y s i l i c o n -b a s e d h e t e r o j u n c t i o n s o l a r c e l l [J ].J o u r n a l o f S e m i c o n d u c t o r s ,2015,36(4):78-85.[24] R O B E R T S O NJ .D e f e c t si nd i a m o n d -l i k ec a r b o n [J ].P h y s i c a S t a t u s S o l i d i (a ),2001,186(2):177-185.[25] 程翔.类金刚石薄膜光电性质研究与M S M 光电器件探索[D ].厦门:厦门大学,2010:9-180.[26] R U P E S I N G H ENL ,C H H O W A L L A M ,A M A R A T U N G AGAJ ,e t a l .I n f l u e n c e o f t h e h e t e r o j u n c t i o n o n t h e f i e l d e m i s s i o n f r o mt e t r a h e d r a l a m o r ph o u s c a r b o no nS i [J ].A p p l i e dP h ys i c s L e t t e r s ,2000,77(12):1908-1910.[27] I L I EA ,H A R TA ,F L E W I T TAJ ,e t a l .E f f e c t o fw o r kf u n c t i o n a n d s u r f a c em i c r o s t r u c t u r e o n f i e l d e m i s s i o no ft e t r a h e d r a l a m o r p h o u sc a r b o n [J ].J o u r n a lo f A p pl i e d P h ys i c s ,2000,88(10):6002-6010.[28] V A S I L E T S V N ,H I R O S E A ,Y A N G Q ,e t a l .C h a r a c t e r i z a t i o n o f d o pe d d i a m o n d -l i k e c a r b o nf i l m s d e p o s i t e d b y h o tw i r e p l a s m a s p u t t e r i ng o f g r a ph i t e [J ].A p p l i e dP h y s i c s A :M a t e r i a l sS c i e n c ea n dP r o c e s s i n g,2004,79(8):2079-2084.[29] 施钰川.太阳能原理与技术[M ].西安:西安交通大学出版社,2009:178.[30] 韩兵.硅基薄膜太阳电池的优化设计与模拟计算[D ].呼和浩特:内蒙古师范大学,2010:15.[31] 施敏.半导体器件物理与工艺[M ].苏州:苏州大学出版社,2002:326.[32] R A N DBP ,G E N O E J ,H E R E M A N SP ,e t a l .S o l a r c e l l su t i l i z i n g s m a l lm o l e c u l a rw e i g h t o r ga n i c s e m i c o n d u c t o r s [J ].P r o g r e s s i nP h o t o v o l t a i c s :R e s e a r c ha n dA p pl i c a t i o n s ,2007,15(8):659-676.[33] B H A T T A C H A R Y Y AS ,H E N L E YS ,M E N D O Z AE ,e ta l .R e s o n a n t t u n n e l l i n g a n d f a s t s w i t c h i n g i n a m o r ph o u s -c a r b o n q u a n t u m -w e l l s t r u c t u r e s [J ].N a t u r e M a t e r i a l s,2006,5(1):19-22.N u m e r i c a l s i m u l a t i o no fD L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n+)h e t e r o ju n c t i o n s o l a r c e l l X I O N G W e n w e n ,H ES o n g,C H E NC h a o *(C o l l e g e o f E n e r g y ,X i a m e nU n i v e r s i t y,X i a m e n 361102,C h i n a )A b s t r a c t :D i a m o n d -l i k e c a r b o n (D L C )f i l mh a s b e c o m e o n e o f t h e r e s e a r c h f o c u s e s o f s o l a r c e l l d u e t o i t s h i g h h a r d n e s s ,a d ju s t a b l e b a n d g a p a n d h i g h r a d i a t i o n r e s i s t a n c e .I n t h i s s t u d y ,D L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n +)h e t e r o ju n c t i o n s o l a r c e l lw a s s i m u l a t e du n d e r t h e c o n d i t i o n o fA M 1.5a n d 100m W /c m 2p o w e r d e n s i t y s o l a r i r r a d i a t i o nw i t hA F O R S -H E Tv 2.5.B y c h a n g i n g t h e p a r a m e t e r s o f P -t y pe D L C l a y e r a n d n -t y p em o n o c r y s t a l s i l i c o n l a y e r ,t h e r u l e of c h a ng e i n th e o u t pu t p e r f o r m a n c e o f t h e s o l a r c e l lw a s o b t a i n e d ,a n d t h e i n t r i n s i c e x p l a n a t i o nf o rt h er u l eo fc h a n ge w a si n t r o d u c e da n de l a b o r a t e d ,w h i c h p r o v i d e dt h er ef e r e n c ea n dg u i d a n c ei nth e p e r f o r m a n c e o p ti m i z a t i o n o f D L Ch e t e r oj u n c t i o n s o l a r c e l l .T h e s i m u l a t i o n r e s u l t s s h o w e d t h a t t h em a x i m u mc o n v e r s i o n e f f i c i e n c y of t h e s o l a r c e l l c o u l d e x c e e d 20.07%(o p e n c i r c u i t v o l t ag ew a s 695.5m V ,sh o r t ci r c u i t c u r r e n t d e n s i t y w a s 35.11m A /c m 2,t h e f i l l f a c t o r w a s 80.56%).T h e n ,t h e i n f l u e n c e o f d e f e c t d e n s i t y o f D L C (P )/c -S i (n )h e t e r o ju n c t i o n i n t e r f a c e o nD L C (P )/c -S i (n )/c -S i (n +)h e t e r o j u n c t i o n s o l a r c e l l w a s s t u d i e d ,a n d i t w a s f o u n d t h a t t h e p e r f o r m a n c e s o f s o l a r c e l l c o u l d b e i m p r o v e d b y r e d u c i n gt h e i n t e r f a c e d e f e c t d e n s i t y.K e yw o r d s :A F O R S -H E Ts i m u l a t i o n ;d i a m o n d -l i k e c a r b o n f i l m ;h e t e r o j u n c t i o n ;s o l a r c e l l (责任编辑:曾礼娜)㊃75㊃Copyright©博看网 . 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范德瓦尔斯异质结构建模型

范德瓦尔斯异质结构建模型

范德瓦尔斯异质结构建模型全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:范德瓦尔斯异质结构是一种新型的材料结构,由两种或多种不同的原子层堆叠而成。

它的特性在于在层间和层内的相互作用相对较弱,因此具有许多独特的物理性质。

范德瓦尔斯异质结构最初是由荷兰物理学家范德瓦尔斯提出的,其特点是由非共价键相互作用而形成的。

范德瓦尔斯异质结构在电子学、光电子学、热电子学等领域有着广泛的应用。

它的独特结构和性质为我们提供了一种全新的材料设计思路。

在范德瓦尔斯异质结构中,通过合理设计原子层的排列和选择不同的原材料,可以实现许多优异的电子和光学性能,比如量子点、量子阱、异质结构等。

范德瓦尔斯异质结构的建模是研究这种新型材料的关键。

建模可以帮助我们更深入地了解其内部结构和物理性质,从而为材料的设计和性能优化提供指导。

下面我们将介绍一种常用的范德瓦尔斯异质结构建模方法。

范德瓦尔斯异质结构建模的方法之一是第一性原理计算。

该方法基于量子力学原理,通过求解薛定谔方程来描述材料的电子结构和性质。

通过第一性原理计算,可以计算出材料的能带结构、电子密度分布、原子间相互作用等关键参数,进而预测材料的电子输运性质、光学性能等。

第一性原理计算是一种基于数学和物理的理论方法,需要借助计算机进行大量的计算。

首先需要确定材料的晶体结构,然后建立晶体结构模型,确定原子的位置和化学键的类型。

接着通过求解薛定谔方程,计算出材料的波函数和能带结构。

最后根据得到的结果,分析材料的性质和行为。

除了第一性原理计算外,还可以通过分子动力学模拟、密度泛函理论等方法进行范德瓦尔斯异质结构的建模。

这些方法可以帮助我们更全面地了解材料的结构和性质,为材料的设计和性能优化提供依据。

第二篇示例:范德瓦尔斯异质结构是一种常见的纳米材料,具有多种应用价值,因此其建模研究具有重要意义。

近年来,科学家们通过理论模拟和实验研究,不断探索范德瓦尔斯异质结构的性质和应用,取得了一系列突破性进展。

材料科学中的异质结研究

材料科学中的异质结研究

材料科学中的异质结研究异质结是材料科学中经常研究的一个重要领域。

随着现代科技的发展,我们对于异质结材料的研究和应用也变得越来越深入。

本文将简要介绍异质结的概念、分类、制备方法和应用领域。

一、异质结的概念异质结是由两种或两种以上不同的材料组成的结构,在这些材料的交界面上形成的一种特殊结构。

异质结具有独特的物理、化学和电学特性,具有广泛的应用领域,包括太阳能电池、LED、激光器、高速晶体管等。

二、异质结的分类根据材料的性质和结构,异质结可以分为以下几种:1. 纵向异质结:由两种或两种以上材料按照垂直于器件面的方向交替堆积而成。

2. 横向异质结:由两种或两种以上材料在器件面方向交替堆积而成。

3. 膜层异质结:将多种材料按照一定顺序或周期性地沉积在基板上,形成的多层结构。

4. 核-壳异质结:以一种纳米颗粒为“核”,另一种材料在其表面上沉积,形成核-壳结构。

5. 点阵异质结:两种或两种以上材料按照一定的顺序和空间排列方式交替排布而成。

三、异质结的制备方法现代材料科学中,制备异质结有各种不同的方法,包括物理方法、化学方法和生物方法等。

1. 物理方法物理方法主要包括物理沉积、分子束外延、熔冷法、物理气相沉积等方法。

这些方法具有制备高质量异质结的优点,但是成本较高,需要相对复杂的设备和条件。

2. 化学方法化学方法包括化学气相沉积、溶胶-凝胶法、溶液沉积等方法。

这些方法相对简单、灵活,成本较低,适用范围也更广。

3. 生物方法生物方法主要是利用生物学特性来制备异质结材料,包括生物矿化、生物还原和生物合成等。

这些方法能够在常温下在生物环境中制备高质量的异质结,具有很高的应用潜力。

四、异质结的应用领域异质结的应用领域非常广泛,包括能源、信息、生物医学等方面。

1. 能源随着全球对于清洁能源需求的增加,太阳能电池和LED等器件的发展越来越受到重视。

异质结材料具有很好的光、电、热性质,非常适合制备高效太阳能电池和LED等设备。

ms中异质结构建和模型计算

ms中异质结构建和模型计算

ms中异质结构建和模型计算
在MS(Materials Studio)中构建异质结构并进行模型计算,主要涉及以
下步骤:
1. 选择合适的材料:首先,你需要选择两种或多种具有不同导电类型的材料,如P-p结或N-n结等。

2. 确保晶格参数匹配:异质结构建的首要条件是晶格参数的匹配。

如果两种材料的晶格参数不匹配,可能导致异质结变形或垮掉。

因此,要确保晶格参数失配率理论上小于6%。

3. 构建异质结模型:在MS中,你可以直接构建异质结模型。

对于晶格匹配度较高的材料,可以直接构建;对于晶格匹配度较低的情况,需要先找到晶格参数的最小公倍数,然后对两者的晶格参数进行扩胞,再构建异质结。

4. 模型计算:完成异质结模型构建后,可以进行相关的物理性质计算,例如电子结构、光学性质等。

这些计算需要基于量子力学理论,使用合适的计算方法和软件包。

5. 结果分析和优化:计算完成后,需要对结果进行分析和优化。

这包括理解计算结果的意义、比较不同模型的性能、优化模型的参数等。

6. 进一步应用:基于异质结的特性和计算结果,你可以进一步探索其在能源转换、电子器件等领域的应用。

以上步骤是一个基本的流程,实际操作中可能需要根据具体材料和问题进行适当的调整。

同时,建议参考MS的官方文档和教程,以获取更详细和专业的指导。

【国家自然科学基金】_硬盘_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730

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科研热词 磁头 粗糙度 硬盘驱动器 硬盘基板 数据存储 化学机械抛光 龙芯2f 鲁棒控制 飞高 霍尔高斯计 闪存 重采样 部分螺旋槽 遗传算法 速度匹配 运动学 转速比 负阻抗变换器 读写通道 误差传播 行波 范德华力 自动控制技术 自伺服刻写 网络存储 编码 稳定性 磁记录介质 磁盘阵 磁悬浮硬盘驱动器 磁头滑块 磁头控制 磁头弯曲度 磁场测量 磁力轴承 硬盘磁头 硬盘伺服 硬盘 理论研究 特征值 滑模控制 滑动轴承 混凝土泵 浆料 流场 波纹度 气体润滑 权函数 机理 数据采集系统 数据记录 改进趋近律
107 108 109 110 111
m-jpeg2000 h∞控制 adv202 "反馈零 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
热动力学特性分析 氧化膜 有限元分析 时域 无线网络 文件系统 数据库 搜索算法 振动主动控制 振动 拓扑优化 截止温度 性能测试 性能优化 微波测量 微晶玻璃 径向误差 异质结 建模 平整度 干扰观测器 干扰抵消 干扰抑制 尺寸优化 宽频带 家庭网络 定长文件 定位准确度 多模态振动抑制 图案化磁记录介质 噪声增益补偿 各向异性磁电阻(amr) 参数优化 去除速率 压痕法 压电陶瓷驱动电源 化学机械抛光(cmp) 动态授权 分子问作用力 冲击 信息安全 便携式存储 低温 伺服定位系统 伺服信息 传递函数 个人存储 zfc-fc实验 vlbi srmp reynolds方程 plx9054 nife薄膜 mark 5
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

双异质结激光器的Pspice温度修正模型

双异质结激光器的Pspice温度修正模型

础上 , 找出了原模 型 中被误 当作 常数 , 实际却受 但
温度 影 响 的 因 子 , 出 了双 异质 结 激 光 器 的 Ppc 给 sie
收稿 日期 :0 11 —1 2 1 —01
时通常表现为 : 阈值电流 , 增大 ; ① f h ②外微分量子

7 — 7
效 率 叼 小 。这说 明 , 减 文献 [ ] 1 中的模 型没 有 反 映 出 D .D的温 度 特 性 , 宽 温 度 环 境 下 进 行 分 析 HL 在 时 , 模 型是不适 用 的 , 该 需要 进行 温度修 正 。
5 ℃后 , 直流 特性 如 图 1 示 。 O 其 所
2 4
2 。


8 4 0 l O 2 O
/ / /


变后 , 其直流特性却没有丝毫 的改变。因此在宽温
度环 境下 , 用 D L 利 H—D的 电路 模 型来分 析激 光 器 的 外 特性 时 , 上述 电路 模 型 不 能 准确 表达 激 光 器 的 实 际 特性 , 利 用 上 述 电路 模 型 进 行 发 射 机 模 拟 时 , 在 特别 是 在宽 温度 环境 下进 行 分 析 时 , 个 模 型 是 不 这 适用 的。本 文 在 研 究 量 子 阱 激 光 器 温 度 特 性 的基
3 0
2 模 型 的修 正
现 在我们 就 从 D L H.D温 度 特 性 产 生 的 机理 出
发来改 进原 来 的模 型 。 我们 知道 D —D是光 振荡 器 , HL 只有注 入 电流 大


2 0
1 0
。 — 著— 盍 — — — — 0 — — — —

范德瓦尔斯异质结构建模型

范德瓦尔斯异质结构建模型

范德瓦尔斯异质结构建模型全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:范德瓦尔斯异质结构建模是一种新颖的技术,被广泛应用于各种领域,如光电子器件、传感器、太阳能电池等。

这种技术的关键在于利用范德瓦尔斯力的作用,将不同性质的材料层叠组合起来,形成具有特定功能的结构。

范德瓦尔斯力是一种分子间的非共价相互作用力,其作用范围在几个纳米到几十纳米之间。

这种力的存在使得即使在没有化学键连接的情况下,不同材料的表面也可以相互吸引。

通过合理设计表面形貌和材料特性,可以实现不同材料的层叠组合,形成具有特定功能的异质结构。

范德瓦尔斯异质结构建模的关键在于确定两种或更多种材料的相对位置和表面形貌。

一种常用的方法是利用计算机模拟软件进行建模分析。

通过分子动力学模拟或密度泛函理论计算,可以确定不同材料的适配性和相互作用方式,从而设计出最佳的异质结构。

实验方法也是范德瓦尔斯异质结构建模不可或缺的一部分。

通过原子级别的表面处理技术,可以精确控制材料的表面形貌和组合方式。

利用扫描隧道显微镜等高分辨率表征技术,可以对异质结构的形貌和性能进行详细分析。

范德瓦尔斯异质结构建模在光电子器件领域有着广泛的应用。

通过设计不同功能层的组合方式,可以实现光电转换效率的提高和功能的多样化。

将光吸收层和电荷传输层结合在一起,可以实现高效的光电转换效果。

在传感器领域,范德瓦尔斯异质结构建模也被用于设计高灵敏度和高选择性的传感器结构。

范德瓦尔斯异质结构建模还在太阳能电池领域有着重要的应用。

通过设计合理的材料堆叠方式和界面结构,可以实现太阳能电池的高效率和长寿命。

利用范德瓦尔斯力的作用,可以将不同光电特性的材料组合在一起,形成具有优异性能的太阳能电池。

第二篇示例:范德瓦尔斯异质结构建模是固体物理学中一个重要的研究领域,它涉及到材料的表面和界面特性,对材料的性能和应用具有重要的影响。

范德瓦尔斯异质结构是指由两种或多种不同材料组成的结构,在这些材料之间存在范德瓦尔斯力引起的相互作用。

异质结

异质结

(6)当两种半导体材料相同时,ε1= ε2, 以上将简化成同质p-n结的情况。
2. 理想n-n同型异质结(设宽带隙材料具有较小的功函数)
理想n-n同型异质结能带图
(7)
3. 理想 p-n异质结(窄带隙的p型和宽带隙的n型)
理想p-n异质结能带图
(8)
4. 理想p-p异质结
理想p-p异质结能带图
电势能,随着离开金属 表面的距离增加,按照q|E|x降低。 4) 若考虑到真空中电子在 金属表面感生的正电
荷,有镜像力和镜像势
能存在。(如图)
5) 结果,电子的能量由电 场力和镜像力联合作 用,使有效功函数降低。
势能的降低可以求解:
真空中一个电子与金属相距x,在金属表面感生正电荷。⊕

Ө
-x
0
x
电子与感生电荷之间的吸引力
对给定的半导体, n型+P型衬底的势垒高度之和=带隙。
(21)
肖特基模型预言的势垒高度很难在实验中观察到, 实测的势 垒高度和理想条件存在偏差. 原因: 1) 不可避免的界面层 δ ≠ 0 2) 界面态的存在 3) 镜像力的作用
金属的功函数对表 面沾污非常敏感, 真空中洁净金属表 面的金属功函数如 下图,每一组内功 函数周期性增加和 减小.
16 πε o x
电场
eV
(31)
两个能量的作用出现一个极值,对应势垒降低所在的位置
对总的能量求导,给出 势垒降低所在的位置 :
xm
=
q
16 πε o Ε
cm
势垒降低与
肖特基势垒降低量 : Δ φ =

4 πε o
= 2Εxm
外加电场有 关。
E = 10 5 E = 10 7

大面积可控制备二维材料及其异质结的方法设计

大面积可控制备二维材料及其异质结的方法设计

大面积可控制备二维材料及其异质结的方法设计在设计大面积可控制备二维材料及其异质结的方法时,可以采用以下步骤:1. 材料选择:选择适合大面积制备的二维材料。

常见的二维材料包括石墨烯、二硫化钼等。

根据所需性质,在同一种类的材料中选择具有合适结构和性质的变种。

2. 制备技术:采用具有可扩展性的制备技术来实现大面积制备。

例如,化学气相沉积(CVD)技术可以用于生长石墨烯,溶剂剥离法可以制备二硫化钼等。

确保制备技术能够在大尺寸基底上实现均匀的生长。

3. 表征与优化:对制备的材料进行表征和优化。

使用表征方法如原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)等来确定材料的结构、形貌和质量。

通过优化工艺参数,如生长温度、气氛等,来改善材料的性质和质量。

4. 异质结设计:根据应用需求设计异质结构。

确定不同材料之间的界面结构和层序,以及其对性质的影响。

考虑材料的相容性、晶格匹配和能带调节等因素,尽可能实现低接触电阻和高结晶质量。

5. 异质结制备:采用适当的制备技术实现异质结构的制备。

可以通过堆叠和剥离等方法将不同的二维材料层叠在一起,或者通过掺杂、表面修饰等方法调控异质结构的性质。

6. 性质表征与优化:对异质结进行性质表征和优化。

使用电学、光学等相关的测量方式来确定异质结的电子传输、能带结构和光学特性。

通过调控结构、界面和杂质等因素,优化异质结的性能和功能。

总之,设计大面积可控制备二维材料及其异质结的方法,需要从材料选择开始,通过可扩展的制备技术实现大面积制备,然后对材料和异质结进行表征和优化。

最终目标是实现具有理想性质和性能的二维材料和异质结。

体相异质结太阳能电池形貌的模拟的开题报告

体相异质结太阳能电池形貌的模拟的开题报告

体相异质结太阳能电池形貌的模拟的开题报告一、选题背景随着能源需求的不断增加和化石能源日益枯竭,太阳能逐渐成为广泛关注的一种新型清洁能源。

在太阳能电池的研究中,体相异质结太阳能电池由于其高转换效率和稳定性,成为了当今研究的热点之一。

而这种异质结太阳能电池的效率与形貌密切相关,因此模拟异质结太阳能电池的形貌对于优化其效率非常重要。

二、研究目的本研究旨在通过计算机模拟,探究不同形貌对体相异质结太阳能电池转换效率的影响规律,为太阳能电池的实际应用提供理论基础。

三、研究内容本研究将采用有限元方法,基于等效电路模型,对体相异质结太阳能电池的形貌进行模拟,探究不同形貌对其电学性能和光学性能的影响。

具体而言,研究内容包括以下几个方面:1. 电子的传输过程模拟:通过模拟体相异质结太阳能电池中各个材料的电子能带结构、载流子浓度和移动率等参数,建立相应的传输模型,进而对电子的传输过程进行模拟和分析。

2. 光吸收和光电流的计算模拟:通过计算光在太阳能电池器件中的传输和吸收,进而对光电流进行数值模拟。

3. 电荷分离和电压输出的计算模拟:通过模拟异质结太阳能电池中电子和空穴的分离和运动过程,以及太阳能电池的电路等效模型,计算其电压输出和转换效率。

四、预期成果本研究旨在揭示异质结太阳能电池形貌与其电学和光学性能之间的关系,进而为太阳能电池的研究和应用提供理论支持和设计指导。

预期的成果包括以下几个方面:1. 形貌与转换效率的关系:通过模拟不同形貌下的太阳能电池转换效率,研究其形貌与效率之间的关系,并找出具有潜在应用价值的优化形貌。

2. 可应用的太阳能电池性能预测模型:基于本研究的数值模拟结果,建立可应用于实际生产和研究中的太阳能电池性能预测模型。

3. 相关领域的学术论文和专利申请。

五、研究意义本研究有助于提升太阳能电池的转换效率,降低太阳能发电成本,从而促进太阳能产业的发展。

同时,本研究还将为太阳能电池的形貌设计提供新思路和理论指导,并为形貌优化的研究提供新的思路和方案,具有一定的学术意义和实际应用价值。

异质结建模

异质结建模

异质结建模最近,有许多朋友询问我如何进行异质结建模的问题,在下不才,学习了一点这方面的知识,对于异质结,我的理解就是与树木嫁接一样,只有截面差不多大的树木才能嫁接存活,在此总结了一些异质结建模步骤分享给大家。

一.MoS2 与ZnO首先,导入ZnO(或者也可以根据晶胞参数进行建立),建立MoS2(P63 a=b=3.17 c=12.3 S1 0.333 0.667 0.8789 S2 0.333 0.667 0.6211 Mo 0.333 0.667 0.25)如图所示:相应的参数信息:ZnO:MoS2:然后你会发现它们都是六方晶系,a,b的值又很相近,这个时候我们想到可以做关于001方向的异质结,那么接下来我们来建立异质结。

这个时候有人会问做多大的异质结可以晶格匹配,那么我告诉你,1×1,2×2,3×3……都可以,不信我们来看看。

二.首先,分别做与ZnO 与MoS2 的001切面点击Build,surfaces,Cleave Surface,这里的top指的是切面的位置,调节这个可以使裸露在表面的原子不同,Thichness 指的是厚度,根据自己的需要改变值,自己可以试着玩下。

点击Crystals,建立真空层,真空层一般选用15埃。

MoS2删除一层接下来建立异质结,一种是将框子摆正,选择一层复制,粘贴到另外一个框子里面,然后调节位置,,具体细节很简单,大家可以试试。

另外一种是通过软件建立选项建立,Build,Build Layers,建立异质结界面,强调下选择下面这个,然后建立真空层(Build,15埃真空层,与前面操作一样。

这里的距离可以调节,一般的范德华力作用范围在3埃左右。

右边是用同样的方法做的2×2的异质结,主要是最开始需要分别做2×2的晶胞,后面操作一样。

二.MoS2与石墨烯导入石墨烯,建立MoS2。

在这里我们发现它们的晶格常数不一样,那么为了晶格匹配,我们需要在摸个方向进行拓展,做超胞。

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异质结建模
最近,有许多朋友询问我如何进行异质结建模的问题,在下不才,学习了一点这方面的知识,对于异质结,我的理解就是与树木嫁接一样,只有截面差不多大的树木才能嫁接存活,在此总结了一些异质结建模步骤分享给大家。

一.MoS2 与ZnO
首先,导入ZnO(或者也可以根据晶胞参数进行建立),建立MoS2(P63 a=b=3.17 c=12.3 S1 0.333 0.667 0.8789 S2 0.333 0.667 0.6211 Mo 0.333 0.667 0.25)如图所示:
相应的参数信息:
ZnO:
MoS2:
然后你会发现它们都是六方晶系,a,b的值又很相近,这个时候我们想到可以做关于001方向的异质结,那么接下来我们来建立异质结。

这个时候有人会问做多大的异质结可以晶格匹配,那么我告诉你,1×1,2×2,3×3……都可以,不信我们来看看。

二.首先,分别做与ZnO 与MoS2 的001切面
点击Build,surfaces,Cleave Surface,
这里的top指的是切面的位置,调节这个可以使裸露在表面的原子不同,Thichness 指的是厚度,根据自己的需要改变值,自己可以试着玩下。

点击Crystals,建立真空层,真空层一般选用15埃。

MoS2删除一层
接下来建立异质结,一种是将框子摆正,选择一层复制,粘贴到另外一个框子里面,然
后调节位置,,具体细节很简单,大家可以试试。

另外一种是通过软件建立选项建立,Build,Build Layers,建立异质结界面,
强调下选择下面这个,然后建立真空层(Build,15埃真空层,与前面操作一样。

这里的距离可以调节,一般的范德华力作用范围在3埃左右。

右边是用同样的方法做的2×2的异质结,主要是最开始需要分别做2×2的晶胞,后面操作一样。

二.MoS2与石墨烯
导入石墨烯,建立MoS2。

在这里我们发现它们的晶格常数不一样,那么为了晶格匹配,我们需要在摸个方向进行拓展,做超胞。

经过计算,我们做4×4的石墨烯超胞,3×3的MoS2超胞,顺便说一下,不止这一种,大家可以经过计算得出不同的配比。

后面的方法一样,这里直接得到结果如下:
三.Ni3S4(311)切面与石墨烯
下面接力一个311切面的异质结,这个与前面的不同,我们来看下吧。

首先根据Ni3S4晶体数据,建立结构,同样导入石墨烯。

不过这个时候我们导入矩形的石墨烯。

做Ni3S4的311切面。

这时候你会发现这个是斜的,没关系,我们进行旋转,,点开黑三角,里面有各种角度旋转,旋转的时候需要把对象全选,点第四个,得到如图所示
切面的时候我们改变U,V的值,如图所示,top 为1,Thickness根据自己的需要改变,这里我选择1,得到如下图形。

这时候还是斜的,我们再旋转,还是黑三角,得到不同的视图。

这时我们考虑晶格匹配,对比矩形石墨烯晶格常数,我们可以确定石墨烯为5×9超胞
上面石墨烯还是旋转得到,还是黑三角选项,这时候我们切001切面,Thickness 为2,加真空层,删掉一层,将UV 的值改过来。

四.黑磷与石墨烯
这个我就只发主要步骤,大家可以练习下。

下面是部分异质结文献链接,需要的可以下载看看链接:/s/1i5OAuPn 密码:ibym。

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