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通过密度泛函理论方法调整Ga1?xAlxY（Y = As, Sb）带隙以优化其光学特性用于太阳能电池应用

DOI：10.1515/zna-2019-0176 期刊：Zeitschrift für Naturforschung A 出版年份：2019 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 通过第一性原理计算调节带隙，以研究太阳能电池及其他光学应用中的电子和光学特性。Ga1?xAlxAs的带隙范围为1.6至2.1 eV，Ga1?xAlxSb（x = 0.0、0.25、0.5、0.75、1.0）为0.8至1.5 eV。从光的透明度和最大吸收角度阐述了色散、极化和衰减特性。共振附近极性原子平面的反转实现了紫外至可见光区的最大吸收。Penn模型（ε1(0) ≈ 1 + ((cid:126)ωp/Eg)2）及光学关系式ε1(0) = n2(0)验证了研究结果的可靠性。最大吸收、光学电导及最小光学能量损耗提升了所研究材料在储能器件制造中的可信度。
作者： Q. Mahmood，Syed Awais Rouf，Muhammad Rashid，M. Jamil，M. Sajjad，A. Laref
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

这些计算的目的是研究掺铝砷化镓（Al-doped GaAs）和掺铝锑化镓（GaSb）的电子和光学特性，以用于太阳能电池设计和光学应用。

研究成果

本文采用基于全势线性缀加平面波方法的Wein2k软件包，通过第一性原理模拟了Ga1?xAlxAs和Ga1?xAlxSb的电子与光学特性。通过优化掺铝GaAs/Sb的晶格常数发现：随着掺杂浓度（即Al离子取代Ga）的增加，晶格常数的增大导致所研究材料的带隙变宽。这表明通过调节掺杂组分可使材料带隙达到提升太阳能电池效率所需的理想能区范围。计算得到的负焓值证明所研究材料具有热力学稳定性，且GaAs/Sb中铝含量增加会提升其稳定性。由于密度泛函理论计算的近似性，通过Im ε(ω)阈值极限计算的带隙值存在轻微高估。但光学特性的详细分析显示：这些材料在紫外和可见光区域具有最大光吸收率，同时在功能波段（紫外与可见光）的能量损耗和反射率最低，预示该合金体系在太阳能电池应用中具有重要潜力。

研究不足

根据Im ε(ω)阈值极限计算得到的带隙值因密度泛函理论计算中的近似处理而略微高估。

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