(Al,Ga,In)和2N择优位向重共掺对ZnO导电性能影响的研究

目前,虽然Zn1-xT Mx O1-y Ny(TM=Al,Ga,In)p型掺杂的理论计算研究已有报道,但是,掺杂均是随机的,没有考虑ZnO的非对称性进行择优位向掺杂.因此,本研究采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,构建TM:N=1:2比例择优位向共掺,共设六种不同的Zn1-xT Mx O1-y Ny(TM=Al,Ga,In.x=0.03125,y=0.0625)超胞模型,并分别进行几何结构优化、态密度分布和能带结构分布的计算.结果表明,重掺杂条件下,择优位向共掺后,同类择优位向共掺的体系中,TM-N沿c轴方向成键体系的电导率大于垂直于c轴方向成键体系的电导率.不同类TM-N沿c轴方向成键共掺的体系中,In-N沿c轴方向成键共掺时ZnO的电导率最强,电离能最小,Bohr半径最大,In-N沿c轴方向成键共掺对ZnO p型导电更有利.因此,TM:N=1:2比例择优位向共掺,对设计和制备导电性能更强的ZnO功能材料具有一定的理论指导作用.     

Al高掺杂浓度对ZnO导电性能影响的第一性原理研究

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,在同等环境条件下,建立了未掺杂和三种不同浓度的Al原子取代Zn原子的Zn_1-xAl_xO模型,然后分别对模型进行了几何结构优化、总态密度分布和能带分布的计算.结果表明:ZnO高掺杂Al的条件下,随掺杂Al原子浓度增大,进入导带的电子增多,电子迁移率减小,电导率减小,导电性能减弱;但是随高掺杂Al的浓度减小,反而使电子迁移率增大,电导率增大,导电性能增强.计算得到的结果与实验中Al原子 关键词： Al高掺ZnO 电导率 浓度 第一性原理     

不同构型(In,Al)GaN合金发光机理的第一性原理研究

基于第一性原理的密度泛函理论,研究了纤锌矿（In,Al）GaN合金的4种构型（均匀、短链、小团簇、团簇-链共存模型）的电子结构和发光微观机理。结果表明,在InGaN合金中,短In-N-链和小In-N团簇都局域电子在价带顶（VBM）态。当小团簇与短链共存时,前者局域电子的能力明显强于后者,是辐射复合发光中心。然而,在AlGaN合金中,电子在VBM态的局域受短Al-N链和小Al-N团簇的影响并不显著。合金微观结构的不同会引起电子局域的改变,从而影响材料的发光性能,并对带隙和弯曲系数有重要影响。     

CuX(X=Al, Ga, In)分子的势能函数与稳定性的密度泛函研究

根据原子分子反应静力学原理导出了CuX(X=Al,Ga,In) 分子基态电子状态及其离解极限,并在B3LYP/LANL2DZ水平上计算了平衡几何、振动频率和解离能.利用Murrell-Sorbie 函数拟合出了解析势能函数,并计算出光谱参数和力常数.计算结果表明该分子体系是稳定存在的,其稳定性排序为 CuAl＞CuGa＞CuIn.     

Ga/N高共掺浓度对ZnO导电性能和红移影响的第一性原理研究

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, 建立了未掺杂ZnO单胞和两种不同浓度的Ga/N高共掺ZnO超胞模型, 分别进行了几何结构优化、总态密度分布和能带分布的计算. 研究表明, ZnO高共掺Ga/N的条件下, Ga/N高共掺浓度越大, 导电性能越弱, 并且高掺杂后高能区红移效应显著, 计算得到的结果与实验结果的变化趋势一致. 关键词： Ga/N高共掺ZnO 电导率 红移 第一性原理     

In-2N高共掺位向对ZnO(GGA+U)导电性能影响的研究

目前,虽然In和2N共掺对ZnO导电性能影响的实验研究均有报道,但是,In和2N共掺在ZnO中均是随机掺杂,没有考虑利用ZnO的单极性结构进行择优位向共掺.第一性原理的出现能够解决该问题.因此,本文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,计算了未掺杂ZnO单胞、不同位向高共掺In-2N原子的Zn1-xInxO1-yNy(x=0.0625,y=0.125)两种超胞模型的能带结构分布、态密度分布和吸收光谱分布.计算结果表明,高共掺In-N原子沿c轴取向成键的条件下,掺杂浓度越低,体系更稳定、带隙越窄、有效质量越小、迁移率越增加、相对自由空穴浓度越增加、电导率越增加、导电性能越理想.计算结果与实验结果相一致.这对设计和制备导电功能材料有一定的理论指导作用.     

Zn1-xMgxO薄膜p型导电和光学性能

采用超声喷雾热分解(Ultrasonic Spray Pyrolysis,USP)方法,以醋酸锌、醋酸镁、醋酸铵、氯化铝的混合水溶液为前驱溶液,在单晶Si(100)衬底上制备了ZnO,Zn_0.81Mg_0.19O,N-Al共掺杂ZnO和N-Al共掺杂Zn_0.81Mg_0.19O薄膜。以X射线衍射(XRD)、场发射-扫描电镜(FE-SEM)、霍尔效应(Hall-effect)、光致发光(Photoluminescence,PL)谱等手段研究了薄膜的晶体结构、表面形貌、电学性能、光学性能和带隙变化。电学测试结果表明,未掺杂ZnO及Zn_0.81Mg_0.19O薄膜为n型导电;而N-Al共掺杂ZnO和N-Al共掺杂Zn_0.81Mg_0.19O薄膜呈p型导电。Zn_0.81Mg_0.19O和N-Al共掺杂Zn_0.81Mg_0.19O(p型)薄膜在维持ZnO纤锌矿结构的前提下,光学带隙随Mg掺杂量增加而增大。初步结果显示,优化工艺参数下通过Mg掺杂制备光学带隙可调的p型Zn_0.81Mg_0.19O薄膜,对于试制Zn_1-xMg_xO基同质p-n结、短波长(紫外、深紫外)器件等方面有重要意义。     

衬底对Cu(In,Ga)Se2薄膜织构的影响

分别在苏打石灰玻璃、Mo箔、无择优取向的Mo薄膜以及(110)择优取向的Mo薄膜四种不同衬底上，采用共蒸发工艺沉积约2 μm厚的Cu(In,Ga)Se₂薄膜，用X射线衍射仪测量薄膜的织构，研究衬底对Cu(In,Ga)Se₂薄膜织构的影响.在以上四种衬底上沉积的Cu(In,Ga)Se₂薄膜的(112)衍射峰强度依次逐渐减弱，(220/204)衍射峰从无到有且强度逐渐增强.在苏打石灰玻璃和Mo箔衬底上的Cu(In,Ga)Se_{2关键词： 择优取向 Cu(In 2}薄膜')" href="#">Ga)Se₂薄膜 太阳电池     

Ga梯度分布对Cu(In,Ga)Se_2薄膜及太阳电池的影响

传统制备Cu(In,Ga)Se2(CIGS)手段之一是共蒸发三步法,工艺中通过Cu,In,Ga,Se 4种元素相互扩散、作用形成抛物线形的Ga梯度分布.本文通过调整Ga源温度制备了Ga梯度分布不同的CIGS薄膜及电池.利用多种测试方法,研究了Ga梯度分布不同对CIGS薄膜表面及背面结构性质及电性质的影响,计算分析了表面导带失调值及背面电场对电池性能的影响,从而获得了合适的Ga梯度分布,提高了电池光谱相应,获得了较好的电池性能参数.     

ZnO高掺杂Ga的浓度对导电性能和红移效应影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,在相同环境条件下建立了浓度不同的由Ga原子取代Zn原子的Zn_1-xGa_xO模型.对低温高掺杂Ga原子的Zn_1-xGa_xO半导体的能带结构、态密度和吸收光谱进行了计算.结果表明:Ga原子浓度越大,进入导带的相对电子数越多,但是电子迁移率反而减小.通过对掺杂和未掺杂ZnO的电导率以及最小间隙带宽度分别进行了比较 关键词： ZnO高掺杂Ga 电导率 红移 第一性原理     

The electrical transport behavior of Zn-treated Zn1-xMnxO bulks

Zn1-xMnxO bulks have been prepared by the solid state reaction method. Zn vapor treatment has been carried out to adjust the carrier concentration. For the Zn treated Zn1-xMnxO bulks, analysis of the temperature dependence of resistance and the field dependence of magnetoresistance demonstrates that the bound magnetic polarons (BMPs) play an important role in the electrical transport behavior. The hopping of BMPs dominates the electrical conduction behavior when temperature is below 170 K. At low temperature,paramagnetic Zn1-xMnxO bulks show a large magnetoresistance effect,which indicates that the large magnetoresistance effect in transition-metal doped ZnO dilute magnetic semiconductors is independent of their magnetic states.     

FeMnP_(1-x)T_x(T=Si,Ga,Ge)系列化合物机械性能的第一性原理研究

以密度泛函理论为基础,使用投影缀加波方法、VASP程序包研究了FeMnP_(1-x)T_x(T=Si,Ga,Ge)化合物的力学性质,结果表明FeMnP_(1-x)Ga_x化合物的晶格参数、弹性常数和电子结构与FeMnP_(1-x)Ge_x化合物比较接近,同时该化合物在力学上稳定,是预期具有较大的磁熵变和高磁热效应的材料.依据Pugh判据,FeMnP_(0.67)T_(0.33)(T=Si,Ga,Ge)化合物具有良好的延展性,三者之中FeMnP_(0.67)Ga_(0.33)韧性最好,FeMnP_(0.67)Si_(0.33)韧性相对较差,说明Ga替代P可改善此类化合物的机械性能.最后从化合物体系电子总态密度随不同掺杂T原子的演化规律解释了自洽计算得到的弹性常数的变化规律.     

Comparisons of ZnO codoped by group IIIA elements (Al, Ga, In) and N: a first-principle study

The electronic structures and effective masses of the N mono-doped and Al-N,Ga-N,In-N codoped ZnO system have been calculated by a first-principle method,and comparisons among different doping cases are made.According to the results,the impurity states in the codoping cases are more delocalised compared to the N mono-doping case,which means a better conductive behaviour can be obtained by codoping.Besides,compared to the Al-N and Ga-N codoping cases,the hole effective mass of In-N codoped system is much smaller,indicating the p-type conductivity can be more enhanced by In-N codoping.     

电沉积Cu(In,Ga)Se_2预置层硫化退火制备Cu(In,Ga)(Se,S)_2薄膜及表征

在550℃下的H2S气氛中退火处理电沉积制备的Cu(In,Ga)Se2(CIGS)预置层,制备了太阳电池光吸收层Cu(In,Ga)(Se,S)2(CIGSS)薄膜.采用X射线能量色散谱、俄歇电子能谱、扫描电镜、X射线衍射和拉曼光谱对退火前后的薄膜进行表征.结果表明,H2S气氛下退火能够实现薄膜中O的去除和S的掺入,同时使得各元素的纵向分布更加均匀并可消除Cu-Se微相.此外,H2S退火还可改善薄膜的结晶性能,并使S和Ga进入黄铜矿结构,薄膜晶格参数变小.     

Cu(In,Ga)Se2 superstrate-type solar cells with Zn1−xMgxO buffer layers

Superstrate-type Cu(In,Ga)Se₂ (CIGS) thin film solar cells were fabricated using Zn_1−xMg_xO buffer layers. Due to the diffusion of Cd into CIGS during the growth of the CIGS layer, the conventional buffer material of CdS is not suitable. ZnO is a good candidate because of higher thermal tolerance but the conduction band offset (CBO) of ZnO/CIGS is not appropriate. In this study, the Zn_1−xMg_xO buffer layers were used to fulfill both the requirements. The superstrate-type solar cells with a soda-lime glass/In₂O₃:Sn/Zn_1−xMg_xO/CIGS/Au structure were fabricated with different band gap energies of the Zn_1−xMg_xO layer. The CIGS layers [Ga/(In + Ga)∼0.25] were deposited by co-evaporation method. The substrate temperature during the CIGS deposition of 450 °C did not cause the intermixing of the Zn_1−xMg_xO and CIGS layers. The conversion efficiency of the cell with Zn_1−xMg_xO was higher than that with ZnO due to the improvement of open-circuit voltage and shunt resistance. The results well corresponded to the behavior of the adjustment of CBO, demonstrating that the usefulness of the Zn_1−xMg_xO layer for the CBO control in the superstrate-type CIGS solar cells.     

(Zn,Al)O电子结构第一性原理计算及电导率的分析

采用第一性原理平面波赝势方法和广义梯度近似计算了ZnO与(Zn,Al)O的电子结构.结合分子轨道理论,从原子布居、键布居、能带结构和态密度角度分析了掺Al前后ZnO的成键情况及对电子间相互作用的影响.利用第一性原理计算结果理论推导计算了(Zn,Al)O的载流子浓度并进一步分析了ZnO电导率的变化情况.与实验结果比较可知,掺Al后ZnO载流子浓度增加,并且ZnO的电导率比未掺杂时有了显著的提高. 关键词： 第一性原理 电子结构 电导率 (Zn Al)O     

溶剂热合成法制备的Zn1-xMnxO和Zn1-2xMnxLixO纳米材料的磁学性质

用溶剂热合成法在160oC制备出Zn_1-xMn_xO纳米棒和Zn_1-2xMn_xLi_xO纳米颗粒. XRD和拉曼测试结果表明Mn离子已很好地掺入ZnO母体中. M-H图中未观察到磁回滞,ESR谱中的精细结构说明掺杂的Mn离子间没有铁磁相互作用. 共掺Li仅仅改变了产物的形貌,并不能改变其磁学性质.     

Ga高掺杂对ZnO的最小光学带隙和吸收带边影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法, 建立了纯的和四种不同Ga掺杂量的ZnO超胞模型, 分别对模型进行了几何结构优化、能带结构分布、态密度分布和吸收光谱的计算. 结果表明, 在本文限定的Ga掺杂量2.08 at%–6.25 at%的范围内, 随着Ga掺杂量的增加, 掺杂后的ZnO体系体积变化不是很大, 但是, 掺杂体系ZnO的能量增加, 掺杂体系变得越来越不稳定, 同时, 掺杂体系ZnO的Burstein-Moss 效应越显著, 最小光学带隙变得越宽, 吸收带边越向高能方向移动. 计算结果和实验结果相一致. 关键词： Ga高掺杂ZnO 电子结构 吸收光谱 第一性原理