掺杂对CdTe与ZnO体系结构与光学性质的密度泛函理论计算

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要采用基于第一性原理的密度泛函理论，利用广义梯度近似和超软赝势方法，计算研究了CdTe以及Sb掺杂的CdSb／Tel吖，以及ZnO的系列掺杂体系M。Zn，O：(=Na、Li、N、Mg、Na-Mg、Li—Mg、Li-N)的晶体结构，电子能带，态密度和光学性质。分析讨论了晶体结构，电子能带，态密度和光学性质与掺杂元素种类和掺杂量之间的关系。计算得到溉乃J吖的能带结构、态密度、吸收光谱、价带与空带之间的能隙乓、价带顶(VBM)和导带底(CBM)等随Sb元素含量x的变化关系。结果表明，由于导带的底部(C口M)升高，掺入Sb原子使系统的空穴浓度

2、增加，原子间相互作用减弱，结合能减少，带隙最增大。x耋0．125时，系统吸收的太阳能随X增加而增大；0．1250．25时系统对太阳能的吸收随X增加而增强。指出利用基底表面对晶格的牵引作用，制作Sb原子较大比例取代CdTe闪锌矿晶相Te原子的薄膜，对提高光电材料的性能是有益的。分析讨论了影响ZnO基P型电导的因素，并模拟计算了不同掺杂体系对太阳能的吸收光谱。结果表明：(1)Na原子作为P型掺杂剂取代Zn原子时，与价带相互作用成键，与导带成反键，使带隙增宽；掺杂系统电子数减少导致价带能量和空穴数增大，其中自旋向上能带增加的空穴多于自

3、旋向下能带。Mg．Na共掺时，Mg原子的主要作用是其3p轨道使导带能量增高并导致体系带隙增大。(2)N原子的掺入使ZnO的简并能级分裂，同时引起其它原子费米面附近空穴数增加，形成深受主掺杂类型。Mg．N共掺使ZnO的能级比单掺N原子时简并分裂的程度更强，其中Mg原子的掺入使系统的受主能级能量更低，有利于低阻P型半导体的形成。(3)模拟计算表明，掺杂体系吸收太阳能的能力依次为：Zno．75Mgo．125Lio．1250>Zno．875Lio．1250>Zno．75Mgo．125Nao．1250>Zno．875Nao．1250>Zno．875Mgo．125No．12500．8

4、75>ZnNo．12500．875>Zno．875Lio．125No．12500．875。关键词：密度泛函理论，CdTe，ZnO，掺杂，太阳能西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页AbstractThelatticesandelectronicpropertiesofCdTe、CdSbxTe1．xandMxZnyOz(M=Na、Li、N、Mg、Na-Mg、Li—Mg、Li-N)areoptimizedandcalculatedusingultra—softpseudo—potentialapproachoftheplanewavebaseduponDFToffirst-p

5、rinciple．Theelectronicbands，densityofstatesandopticalpropertiesareobtainedaccordingly,andthedoping—effectsontheelectricalandopticalpropertiesalsoareanalysed．Theelectronicbands，densityofstates，absorptionspectra，theenergiesofvalencebandmaximum(VBM)，theconductionbandmininium(CBM)andtheenergy

6、gap乓withdifferentdopingconcentrationxofSbarecalculated．Itisindicatedthat．duetotheCBMascended，theholeconcentrationofthesystemincreased，theinteractionbetweenatomsweakenandthebindingenergydecreased，theenergygapincreaseswiththeincreasedSb·doping．Withtheincreasingofx，thesolarenergyabsorbedbyth

7、esystemincreasesasx至0．125，decreasesas0．125O．25．ItwaspointedoutthatalargeproportionofSbsubstitutingforTeCdTe，whichcouldbeproparedewiththetractioneffectofsubstratesurfacetothelattice，wouldimprovetheopticalperformance．Electronicbands，density