Towards Direct-Gap Silicon Phases by the Inverse Band Structure Design Approach

带隙 材料科学 钻石 半导体 直接和间接带隙 亚稳态 反向 太阳能电池 光电子学 金刚石立方 工程物理 凝聚态物理 物理 复合材料 几何学 数学 量子力学
作者
Hongjun Xiang,Bing Huang,Erjun Kan,Su‐Huai Wei,Xin-Gao Gong
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:110 (11): 118702-118702 被引量:173
标识
DOI:10.1103/physrevlett.110.118702
摘要

Diamond silicon (Si) is the leading material in the current solar cell market. However, diamond Si is an indirect band gap semiconductor with a large energy difference (2.3 eV) between the direct gap and the indirect gap, which makes it an inefficient absorber of light. In this work, we develop a novel inverse band structure design approach based on the particle swarming optimization algorithm to predict the metastable Si phases with better optical properties than diamond Si. Using our new method, we predict a cubic Si(20) phase with quasidirect gaps of 1.55 eV, which is a promising candidate for making thin-film solar cells.
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