Nghiên cứu tính chất quang-điện tử của chấm lượng tử phosphorene xanh dựa trên nguyên lý ban đầu

Chỉ số đề mục

Lĩnh vực nghiên cứu

Quang học

Dạng tài liệu

Tác giả

Đặng Minh Triết, Nguyễn Võ Anh Duy, Nguyễn Thị Bảo Trang⁽¹⁾, Trương Quốc Tuấn, Văn An Đinh

Nhan đề

Nghiên cứu tính chất quang-điện tử của chấm lượng tử phosphorene xanh dựa trên nguyên lý ban đầu

Nhan đề tiếng anh

Optoelectronic properties of blue phosphorene quantum dots: A first principles study

Nguồn trích

Phát triển Khoa học và Công nghệ: Khoa học Tự nhiên (ĐHQG TP. Hồ Chí Minh)

Năm xuất bản

2022

Số

2

Trang

2131-2140

ISSN

2588-106X

Từ khóa

Chấm lượng tử, Phosphorene xanh, Tế bào năng lượng mặt trời

Từ khóa tiếng anh

Quantum dots, Blue phosphorene, Solar cell

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) với phiếm hàm tương quan trao đổi xấp xỉ gradient tổng quát Perdew-Burke-Emzerhof (PBE) để khảo sát tính chất quang điện tử của chấm lượng tử phosphorene xanh thuần và khuyết tật dạng đơn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng chấm lượng tử phosphorene xanh thể hiện tính chất bán dẫn với độ rộng vùng cấm xấp xỉ 2,56 eV – 2,80 eV và có xu hướng giảm khi tăng kích thước chấm lượng tử. Khi có sự xuất hiện của khuyết tật đơn, độ rộng vùng cấm của chấm lượng tử này giảm đáng kể so với vật liệu thuần tương ứng. Đồng thời, trong cấu trúc vùng năng lượng của các mẫu khuyết tật đơn, chúng tôi quan sát được sự xuất hiện của vạch năng lượng trung gian (vạch polaron) ở gần mức Fermi. Các vạch năng lượng này thể hiện sự giam cầm điện tử địa phương do sự mất cân bằng điện tử của trạng thái khuyết tật gây ra. Hệ số hấp thụ quang của chấm lượng tử khuyết tật tăng lên đáng kể trong vùng ánh sáng khả kiến. Sự xuất hiện của vạch polaron trong trong cấu trúc vùng năng lượng dẫn đến sự hình thành đỉnh phổ quang học mới trong vùng ánh sáng khả kiến. Kết quả nghiên cứu này cho thấy sự ảnh hưởng rõ nét của khuyết tật trong việc thay đổi hiệu suất chuyển đổi năng lượng của các tấm pin năng lượng mặt trời có tích hợp chấm lượng tử phosphorene xanh.

Tóm tắt tiếng anh

In this research, we used first principles methods with density functional theory (DFT) to evaluate simultaneously the electronic and optical properties of defect-free and single-vacancy blue phosphorene quantum dots. We used the generalized gradient approximation of the Perdew-BurkeErnzerhof (PBE) functional as exchange-correlation functional. We have shown that the band gaps of these quantum dots can be varies in between 2.56 eV and 2.80 eV and the band gap decreases with increasing the system sizes. In the presence of single vacancy, the band gap significantly shrinks resulting from the shift of the conduction band towards the valence band. We also observed additional polaron states close to the Fermi level, indicating the existence of dangling bonds being established by the unbalanced charge Phosphorous atoms surrounding the defect sites. The absorption coefficent increased noticably in the visible light range. The appearance of the polaron states resulted in newly formed absorption peaks in the visible light range. Our results showed the clear effect of defect on light conversion efficiency of solar panels embedding blue phosphorene quantum dots.

Kí hiệu kho

TTKHCNQG, CTv 149

File toàn văn

Xem toàn văn