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Calculs de la théorie fonctionnelle de la densité des configurations atomiques et des bandes interdites des cristaux de Si dopés au C, au Ge et au Sn pour les cellules solaires

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Calculs de la théorie fonctionnelle de la densité des configurations atomiques et des bandes interdites des cristaux de Si dopés au C, au Ge et au Sn pour les cellules solaires

2020-03-17

Les cristaux de poly -Si sont principalement utilisés dans les cellules solaires en raison de leur faible coût. Ici, les zones de sensibilité aux longueurs d'onde de la lumière du soleil doivent être étendues pour augmenter l'efficacité technique des cellules solaires. Les films semi-conducteurs composés du groupe IV, par exemple les films Si (Ge) dopés avec des atomes de C, Ge (C, Si) et/ou Sn avec des teneurs de plusieurs %, sur un substrat Si ou Ge ont été identifiés comme des solutions potentielles à cette technique. problème. Dans cette étude, nous avons calculé l'énergie de formation de chaque configuration atomique d'atomes de C, Ge et Sn dans Si en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité. La méthode "Hakoniwa" proposée par Kamiyama et al. [Materials Science in Semiconductor Processing, 43, 209 (2016)] a été appliqué à une supercellule de 64 atomes de Si comprenant jusqu'à trois atomes de C, Ge et/ou Sn (jusqu'à 4,56 %) afin d'obtenir le rapport de chaque configuration atomique et la valeur moyenne des bandes interdites Si. Non seulement l'approximation de gradient généralisée conventionnelle (GGA), mais également l'approximation de densité locale à échange filtré (sX-LDA) ont été utilisées pour obtenir des bandes interdites Si plus fiables. Les résultats de l'analyse sont quadruples. Premièrement, deux atomes de C (Sn) sont énergétiquement stables lorsqu'ils sont 3rd , 4 e , 6 e , 7 e et 9 e voisins l'un de l'autre, tandis que la stabilité de deux atomes de Ge est indépendante de la configuration atomique. Deuxièmement, les atomes C et Ge (Sn) sont stables lorsqu'ils sont 2 ème , 5 ème et 8 ème (1 er et 8 ème) voisins, tandis que la stabilité des atomes de Sn et Ge est indépendante de la configuration atomique. Troisièmement, la bande interdite de Si dépend (ne dépend pas) de la configuration atomique lorsque Si inclut des atomes de C et/ou de Sn (atomes de Ge). Le mono-dopage uniforme de C jusqu'à 4,68 % et de Ge (Sn) jusqu'à 3,12 % a diminué la valeur moyenne des bandes interdites Si. Le dopage C a le plus diminué la bande interdite de Si, tandis que le dopage Ge l'a le moins diminué. Quatrièmement, le co-dopage uniforme de C et Sn dans un rapport 1: 1 (C et Ge 1: 1, Ge et Sn 1: 1) à 1, 56% a également diminué la bande interdite Si. Les résultats présentés ici seront utiles pour prédire la bande interdite pour une teneur donnée en cristaux de Si, ce qui est important pour l'application des cellules solaires.

Source : IOPscience

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