从三元黄铜矿结构CuM（M=In,Ga）X2（X=Se,S）到CuIn0.5-Ga0.5Se2的价电构、熔点和光电性能的关联性分析

应用"固体与分子经验电子理论"(Empirical Electron Theory,EET)系统地研究了三元黄铜矿结构CIGS的价电子结构,以此为基础分析了CIGS(Cu(In,Ga)(Se,S)2)的熔点和光吸收性质.计算结果和实验值符合的很好,计算得到Cu的3d电子与In,Ga的s电子杂化后的跃迁可以使CIGS吸收光子.CuInSe2的禁带宽度在1–1.16eV之间,CuGaSe2的禁带宽度在1.54–1.74eV之间,CuInS2的禁带宽度在1.4–1.61eV之间,CuGaS2的禁带宽度在2.36–2.44eV之间.用球磨、退火的方法得到CuIn0.5Ga0.5Se2单相,通过XRD得到晶体结构,差热分析得到熔点.根据晶体结构和熔点,用EET计算得出CuIn0.5Ga0.5Se2吸收光子的能量主要分布在1.17–1.56eV之间,禁带宽度接近较小值.黄铜矿结构的CIGS都可以吸收紫外光,其中CuInSe2的吸收效率最高,主要吸收峰在紫外区,CuGaSe2吸收紫外光的效率最低.     

从三元黄铜矿结构CuM（M=In,Ga）X2（X=Se,S）到CuIn0.5Ga0.5Se2的价电构、熔点和光电性能的关联性分析

应用＂固体与分子经验电子理论＂（Empirical Electron Theory,EET）系统地研究了三元黄铜矿结构CIGS的价电子结构,以此为基础分析了CIGS（Cu（In,Ga）（Se,S）2）的熔点和光吸收性质.计算结果和实验值符合的很好,计算得到Cu的3d电子与In,Ga的s电子杂化后的跃迁可以使CIGS吸收光子.CuInSe2的禁带宽度在1–1.16eV之间,CuGaSe2的禁带宽度在1.54–1.74eV之间,CuInS2的禁带宽度在1.4–1.61eV之间,CuGaS2的禁带宽度在2.36–2.44eV之间.用球磨、退火的方法得到CuIn0.5Ga0.5Se2单相,通过XRD得到晶体结构,差热分析得到熔点.根据晶体结构和熔点,用EET计算得出CuIn0.5Ga0.5Se2吸收光子的能量主要分布在1.17–1.56eV之间,禁带宽度接近较小值.黄铜矿结构的CIGS都可以吸收紫外光,其中CuInSe2的吸收效率最高,主要吸收峰在紫外区,CuGaSe2吸收紫外光的效率最低.     

晶体硅电池的价电子结构与光谱响应的相关性分析

晶体硅太阳能电池是第一种实现商业化的太阳能电池,也是我国唯一实现商业化生产的太阳能电池.目前的研究多关注于硅电池的制备工艺,本文用固体与分子经验电子理论(EET)研究了单晶硅太阳能电池的价电子结构,从价电子结构的角度分析了单晶硅太阳能电池的光谱响应值,多晶硅电池的光谱响应问题.理论计算结果与实验数据基本一致,计算结果表明:单晶硅光谱响应的起始波长为4603,其光谱响应的最大值在波长7482处,光谱响应截止波长为10062,相当于1.23eV的禁带宽度.多晶硅电池的光谱响应范围虽然跟单晶硅一致,但是影响光谱响应值变小,其原因在于晶粒排列杂乱导致电子状态转变的难度增加,降低了对光子的吸收.最后用同样的方法对Ge的光谱响应进行了分析.分析表明,Ge的光谱响应的起始值在波长5596处,截止值在12940处,最大值在波长9224处,从价电子结构的角度解释了Ge不适合做太阳能电池的原因.     

亚稳相化合物SmCo7的磁性及电子结构

用自旋极化的MS-Xα方法研究了亚稳相化合物SmCo₇的电子态密度、自旋能级劈裂及原子磁矩. 研究结果显示, 由于化合物中Sm-Co间的轨道杂化效应, 使Sm原子原来的5d0空轨道上占据了少量5d电子. Co(3d)-Sm(5d)电子间的直接交换作用, 构成Sm-Co间的主要耦合方式, 这是Sm-Co基化合物中形成铁磁性长程序的一个重要因素. 由于在SmCo₇中的某些分子轨道上存在着负交换耦合, 导致了化合物中Co原子格点间的平均交换耦合强度减弱. 因此, 与金属Co相比, 不仅化合物的居里温度明显降低, 而且化合物中Co原子磁矩也显著减小.研究结果也表明, 由于Co哑铃对对Sm的替代作用改变了Co晶位的晶格环境, 使Co(2e)晶位携带负原子磁矩, Fermi面附近轨道杂化作用减弱, 系统自由能升高. 所以, SmCo₇在室温下是亚稳态化合物. 考虑到4f电子的局域性和化合物中轨道杂化效应所导致的Sm(5d⁰)空轨道上占据了少量5d电子, 可以得到Sm原子磁矩为1.61 μ_B, 与顺磁盐中Sm³⁺及金属中Sm原子磁矩实验值基本符合.     

LaCo13-xAlx化合物的磁矩和居里温度的计算

在所有已知的R-T(R=稀土元素,T=Fe,Co,Ni)化合物中LaCo_(13)是含有3d过渡族元素最多的,它的居里温度为1318K,室温饱和磁感应强度为13 kG。这些优越的磁性能曾引起子许多研究者的兴趣。然而由于其晶体结构为面心立方NaZn_(13)型结构,这就不可能具有足够的磁晶各向异性,因此也就不能成为实用的磁性材料。为了改善他们的磁性能,许多研究者作了大量实验工作。实验结果表明:在所有R-T化合物中,只有LaCo_(13)存在。LaFe_(13)和LaNi_(13)都不存在。只能通过加入Al,Ga或Si才能形成稳定的1:13型化合物,即R-T-M伪二元1:13化合物。然而皆未能降低其对称性甚至通过吸氮的方式。近期的研究结果表明,通过改善热处理条件,即降低退火温度和延长退火时间,可以在R(T,M)_(13)(R=La,Ce,Pr,Nd;T=Fe,Co;M=Al,Si)化合物中得到低对称性的四方或正交衍生NaZn_(13)型结构。在进行实验工作的同时,一些研究者曾尝试用理论计算LaCo_(13)基化合物的磁性。Ido等人应用刚带模型(rigid model)计算一些LaCo_(13)基化合物的磁距。饶光辉应用磁价模型计算LaCo_(13)基及其衍生化合物的磁矩。     

稀土Fe基3：29和1：12型化合物的磁性研究

稀土Fe基3：29和1：12型磁性合金化合物显示硬磁性特征,具有发展成为新型永磁材料的可能性.研究其磁性机理有助于理解其磁性的本质.本文发展了传统的磁价模型,并将其适用性由强磁合金拓展到亚铁磁性的弱磁性合金.利用发展的磁价模型系统研究RFe12xMx,R3Fe29xMx和R2Fe17xMx（R=稀土元素,M=第三掺杂金属元素）稀土合金化合物及其渗碳和吸氮化合物的磁性.理论与实验相符.研究表明：稀土Fe基3：29和1：12型合金化合物的磁性与稀土磁矩相关.合金的弱磁性源于合金内部存在的亚铁磁性.渗碳或吸氮处理,导致合金内部亚铁性-铁磁性转变.导带中的sp电子对于磁性的贡献与重稀土的极化、碳和氮原子的俘获密切相关.发展的磁价模型甚至可以根据稀土化合物的结构式对其磁性进行预测.