ترابرد الکترونی نانوساختار نقاط کوانتومی لانتانیوم وانادیوم اکساید برای سلول‌های خورشیدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

گروه فیزیک، دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

یکی از اهداف استفاده از نقاط کوآنتومی در سلول‌های خورشیدی، افزایش ضریب کارایی آنها از طریق گسترش بیناب جذب نور در آنها است. با این حال در این بهینه‌سازی تأثیر این نقاط بر ترابرد الکترونی در آنها باید به‌دقت بررسی گردد. در این پژوهش از نقاط کوآنتومی لانتانیوم وانادیوم اکساید استفاده شد که شکاف نوار انرژی آن مطابق منحنی محدودیت شاکلی-کویسر در مقدار بهینه برای تبدیل انرژی خورشید به انرژی الکتریکی است. با رهیافت تابع گرین، ترابرد الکترون از میان نقاط کوآنتومی لانتانیوم وانادیوم اکساید به‌عنوان قطعه مرکزی که به دو هادی فلزی متصل است، محاسبه شد. این ماده جزء مواد همبسته قوی است و نوعی عایق مات محسوب می‌شود از این منظر برای توصیف این سامانه از الگوی هابارد در نمایش کوآنتش دوم استفاده شد و با استفاده از روش معادلة حرکت و همچنین معادلة دایسون، تابع گرین به‌دست آمده است. احتمال عبور الکترون در دو و چهار نقطة کوآنتومی از این ماده محاسبه گردید. همچنین این پژوهش نشان داد که با افزایش میزان برهم‌کنش الکترون-الکترون، ترابرد الکترونی کاهش می‌یابد. برای مادة مورد مطالعه، مقدار بهینة کمیت هابارد که به‌ازای آن ترابرد الکترونی و بازدة سامانه بیشینة مقدار خود را دارد، مشخص شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Electron transport in nanostructure lanthanum vanadium oxide quantum dots for solar cells

نویسندگان [English]

  • Mohammad Amini
  • Peyman Sahebsara
Department of Physics, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده [English]

The incorporation of quantum dots in solar cells primarily aims to enhance efficiency by broadening the light absorption spectrum. However, this optimization necessitates careful examination of how these dots influence electronic transport. In this research, we focused on lanthanum vanadium oxide (LVO) quantum dots, chosen for their energy band gap that aligns optimally with the Shockley - Queisser limit curve for solar - to - electrical energy conversion. The Green's function approach was employed to calculate electron transport through these quantum dots, positioned as the central component between two metal conductors. Lanthanum vanadium oxide, classified as a strongly correlated material and a Mott insulator, required the application of the Hubbard model in second quantization representation for accurate system description. The Green's function was derived using both the equation of motion method and Dyson's equation. Calculations encompassed electron transmission probabilities for configurations involving two and four quantum dots. Furthermore, a key finding revealed an inverse relationship between electron - electron interaction strength and electronic transport efficiency. As interactions intensified, a decrease in electronic transport was observed. For the material under study, the optimal value of the Hubbard quantity at which electronic transport and system efficiency have their maximum value was determined.

کلیدواژه‌ها [English]

  • electron transport
  • quantum dots
  • lanthanum vanadium oxide
  • non-equilibrium green’s function
  • equation of motion
  • Dyson equation
 
[1] H. Dixit, D. Punetha, S.K. Pandey, Performance investigation of Mott-insulator LaVO3 as a photovoltaic absorber material, Journal of Electronic Materials, 48 (2019) 7696-7703. https://doi.org/10.1007/s11664-019-07581-0
[2] C.M. Kropf, A. Valli, P. Franceschini, G.L. Celardo, M. Capone, C. Giannetti, F. Borgonovi, Towards high-temperature coherence-enhanced transport in heterostructures of a few atomic layers, Physical Review B, 100 (2019) 035126. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.035126
[3] L. Wang, Y. Li, A. Bera, C. Ma, F. Jin, K. Yuan, W. Yin, A. David, W. Chen, W. Wu, Device performance of the mott insulator LaVO3 as a photovoltaic material, Physical Review Applied, 3 (2015) 064015. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.3.064015
[4] R.T. Scalettar, An introduction to the Hubbard hamiltonian, quantum materials: experiments and theory, 6 (2016)
[5] S. Verma, A. Singh, A Strongly Correlated Quantum Dot Heat Engine with Optimal Performance: A Nonequilibrium Green's Function Approach, physica status solidi (b), 260 (2023) 2200608.https://doi.org/10.1002/pssb.202200608
[6] S. Datta, Quantum transport: atom to transistor, Cambridge university press2005
[7] M. Lavagna, V. Talbo, T. Duong, A. Crépieux, Level anticrossing effect in single-level or multilevel double quantum dots: Electrical conductance, zero-frequency charge susceptibility, and Seebeck coefficient, Physical Review B, 102 (2020) 115112.https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.115112
[8] H. Bruus, K. Flensberg, Many-body quantum theory in condensed matter physics: an introduction, OUP Oxford2004.