使用新型分层模拟工具 TRIDENS 描述含缺陷纳米颗粒固体的输运
介观与纳米尺度物理
2021-03-11 v2
摘要
近年来,纳米颗粒(NP)太阳能电池的效率显著提升,已超过 16%。然而,NP 太阳能电池及其他光电子应用中的载流子迁移率仍然较低,从而严重限制了其性能。因此,需要更好地理解 NP 固体中的载流子输运,以进一步提高 NP 太阳能电池技术的整体效率。然而,模拟实验尺度样品在技术上存在挑战,因为从原子到介观尺度的物理过程都关键地影响输运。为应对这一挑战,本文报道了 TRIDENS 的开发:含缺陷纳米颗粒固体输运模拟器,它为我们先前开发的用于纳米颗粒太阳能电池的 HINTS 代码增加了三个更多的分层层级。在 TRIDENS 中,我们首先在由约 10^3 个 NP 组成的单个 NP 超晶格(SL)中引入孪晶面和晶界等平面缺陷。然后我们使用 HINTS 模拟跨越数万个含缺陷 NP SL 的输运,并构建含平面缺陷的 NP SL 迁移率分布。其次,将含缺陷 NP SL 组装成包含超过 10^4 个 NP SL 的电阻网络,从而代表约 10^7 个单个 NP。最后,通过有限尺寸标度分析 TRIDENS 结果,以探究分离低迁移率含缺陷 NP SL 渗流相与高迁移率无缺陷 NP SL 渗流相的渗流转变,是否驱动了可外推至宏观尺度的低迁移率到高迁移率输运交叉。在理论描述方面,我们采用了 Efros-Shklovskii 双峰迁移率分布渗流模型。我们证明了 ES 双峰理论的两变量标度函数是定量表征这一低迁移率到高迁移率输运交叉的有效工具。
引用
@article{arxiv.2009.01319,
title = {Describing transport in defected nanoparticle solids using a new, hierarchical, simulation tool, TRIDENS},
author = {Chase Hansen and Davis Unruh and Miguel Alba and Caroline Qian and Alex Abelson and Matt Law and Gergely T. Zimanyi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.01319},
year = {2021}
}
备注
11 pages, 5 figures