Ga-F共掺杂ZnO导电性和透射率的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,对本征ZnO,Ga、F单掺ZnO和Ga-F共掺ZnO的几何结构进行优化后计算了各体系的相关性质。结果表明各掺杂体系有各自的优缺点,在制作透明导电薄膜时可根据具体要求采取不同的掺杂方案。Ga掺杂ZnO比F掺杂ZnO的晶格畸变小。相同环境下Ga原子比F原子更容易进入ZnO晶格,因此掺杂后结构更加稳定。Ga、F掺杂都改善了ZnO的导电性,掺杂ZnO的载流子浓度比本征ZnO增加了3个数量级,相同浓度的F掺杂比Ga掺杂能产生更多的载流子。Ga-F共掺杂ZnO折中了上述Ga、F单掺杂ZnO的优缺点。另外,掺杂后ZnO的吸收边蓝移,以GaF共掺杂ZnO在紫外区域的透射率最大,在280~380 nm范围内其透射率在90%以上。     

Ga-F共掺杂ZnO导电性和透射率的第一性原理计算

用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,对本征ZnO,Ga、F单掺ZnO和Ga-F共掺ZnO的几何结构进行优化后计算了各体系的相关性质.结果表明各掺杂体系有各自的优缺点,在制作透明导电薄膜时可根据具体要求采取不同的掺杂方案.Ga掺杂ZnO比F掺杂ZnO的晶格畸变小.相同环境下Ga原子比F原子更容易进入ZnO晶格,因此掺杂后结构更加稳定.Ga、F掺杂都改善了ZnO的导电性,掺杂ZnO的载流子浓度比本征ZnO增加了3个数量级,相同浓度的F掺杂比Ga掺杂能产生更多的载流子.Ga-F共掺杂ZnO折中了上述Ga、F单掺杂ZnO的优缺点.另外,掺杂后ZnO的吸收边蓝移,以Ga-F共掺杂ZnO在紫外区域的透射率最大,在280~380 nm范围内其透射率在90%以上.     

Cu-Co共掺杂ZnO光电性质的第一性原理计算

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征ZnO,Cu 1021cm-3单掺杂ZnO,Co单掺杂ZnO,Cu-Co共掺杂ZnO的电子结构和光学性质.结果表明,在本文掺杂浓度数量级下,Cu,Co单掺杂可以提高ZnO的载流子浓度,从而改善ZnO的导电性,Cu-Co共掺杂时ZnO半导体进入简并状态,呈现金属性.这三种掺杂ZnO均会在可见光和近紫外区域出现光吸收增强现象,其中由于Cu离子与Co离子之间的协同效应,Cu-Co共掺杂ZnO对太阳光的吸收大幅增加,因此Cu-Co共掺杂ZnO可以用于制备高效率的太阳电池.