光伏材料物理-量子点太阳能电池

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1、量子点太阳能电池量子点的概念量子点(QuantumDots一QDs)是准零维的纳米材料，由少量的原子所构成。是指颗粒半径(或三个维度的尺寸)小于材料激子玻尔半径的金属或半导体颗粒，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子局限效应特别显著。由于量子局限效应会导致类似原子的不连续电子能级结构，因此量子点又被称为“人造原子”。如果将某一个维度的尺寸缩到小于一个波长，此时电子只能在另外两个维度所构成的二维空间中自由运动，这样的系统我们称之为量子阱；如果我们再将另一个维度的尺寸缩到小于一个波长，则电子只能在一维方向上运动，我们称之为量子

2、线；当三个维度的尺寸都缩到一个波长以下时，就成为量子点了。能态密度对于不同维度的电子体系，许多独特的光学性质来源于它们的态密度。态密度是指单位体积在能量E附近单位能量间隔内的电子态数。每一个量子态可被自旋向上和向下的两个电子所占据。Quantumwell:particleconfinedbya1-Dpotentialwell,butfreeinother2-D,quantumstateslabeledbyn,kxandky:EachnrepresentsabranchorsubbandQuantumwire:particleconf

3、inedby2-Dpotentialwells,freeonlyin1-D(1-Dfreeparticle),quantumstateslabeledbyn1,n2andkz:Quantumdot:particleconfinedbypotentialwellsin3-D,quantumstateslabeledn1,n2andn3:Alldiscretelevels,likeinatom量子点的制备方法自组成法(self-assemblymethod)：采用分子束外延或化学气相沉积过程，并利用晶格不匹配的原理，使量子点在特定基材表

4、面自聚生长，可大量生产排列规则的量子点。在GaAs基材上以自组成法生长InAs量子点的STM影像量子点的制备方法微影蚀刻法以光束或电子束直接在基材上蚀刻制作出所要之图案，由于相当费时因而无法大量生产。以GaAs基材蚀刻窄圆柱式量子点之SEM影像，水平线条约0.5微米量子点的制备方法小结合成方法Top-downBottom-up晶体表面刻蚀组成器件化学制备生物体系标记波长范围宽，发射峰尖锐，发射波长可以通过纳米粒子粒径调节，易于自组织RelaxingElectronEmitsFixedRadiationElectronsrelaxba

5、cktothetopedgeofthevalencebandfromthebottomedgeoftheconductionband.Thiscausesthefixedemissionpeakofsemiconductors.BulkSemiconductors-AFixedRangeofEnergiesQuantumDots-QuantumConfinementIfthesizeofasemiconductorcrystalbecoessmallenoughthatitapproachesthesizeofthemateri

6、al'sExcitonBohrRadius.Theelectronenergylevelscannolongerbetreatedascontinuous-treatedasdiscrete,meaningthatthereisasmallandfiniteseparationbetweenenergylevels.Thissituationofdiscreteenergylevelsiscalledquantumconfinement,andundertheseconditionsConceptofQuantumConfineme

7、ntEffect:CoulombenergyParticle-in-a-SPquantumlocalizationenergyBohrexcitonradiusRemh*me*REr022224786.1]11[2epep-+=Dh]11[4202rBmh*me*ea+=eephSizeofparticle

8、ns:electronandholeboundtogetherlikeahydrogenatomHamiltonianofexcitonATunableBandgapAccordingtosizeofquantumdotsemicon