توصيفگر ها :
ترابرد الكتروني , نقاط كوانتومي , لانتانيوم واناديوم اكسايد , تابع گرين غيرتعادلي , نظريه معادله حركت , معادله دايسون
چكيده فارسي :
انرژي به جهت نقش مهمي كه در فعاليت‌هاي انسان دارد يكي از بخش‌هاي مهم در زندگي به شمار مي‌رود. انرژي خورشيدي منحصر به فردترين منبع انرژي تجديدپذير در دنيا است كه در چند سال اخير، مورد توجه قرار گرفته است. جستجوي مواد جذب كننده نور خورشيد كه حاوي عناصر فراوان زمين با پايداري شيميايي طولاني مدت باشند براي پيشرفت فناوري‌هاي فتوولتائيك از اهميت بالايي برخوردار است. تحقيقات بر روي مواد نوآورانه براي كاربردهاي فتوولتائيك در چند سال اخير به سمت مطالعه پروسكايت‌ها جهت توسعه انواع جديدي از سلول هاي خورشيدي با بازده بالا و كم هزينه انجام شده است. به گونه‌اي كه توسعه سلول‌هاي خورشيدي مبتني بر پروسكايت، به طور باور نكردني افزايش داشته است. با اين حال، تجاري سازي چنين سلول‌هاي خورشيدي به دليل ناپايداري زياد آنها هنوز امكان‌پذير نيست. در اين پژوهش از نقاط كوانتومي لانتانيوم واناديوم اكسايد (LaVO3) استفاده شد كه شكاف نوار انرژي آن مطابق منحني محدوديت شاكلي-كويسر در مقدار بهينه براي تبديل انرژي خورشيد است. لانتانيوم واناديوم اكسايد يك اكسيد متشكل از دو فلز واسطه است كه ساختار كريستالي پروسكايتي دارد و جزء گروه اكسيدهاي فلزات واسطه از نوع عايق مات محسوب مي شود. اين مواد حاوي عناصر فراوان در زمين هستند و ذاتاً داراي پايداري شيميايي طولاني مدت هستند كه براي ساخت دستگاه‌هاي فتوولتائيك كم هزينه و انعطاف‌پذير ايده‌آل است. اين ماده براي كاربردهاي فتوولتائيك بسيار اميدواركننده است، زيرا مي تواند مشكل پايداري را حل كند و داراي خواص نوري بهينه است كه مزاياي قابل توجهي براي هر دستگاه فتوولتائيك محسوب مي‌شود. مواد عايق مات موادي هستند كه بايد بر اساس نظريه نواري رفتار رسانندگي از خود نشان دهند، اما در واقع، آنها به عنوان يك عايق عمل مي كنند. با اكسايش آنها يا با افزودن برخي ناخالصي‌ها، الكترون آزاد مي‌شود و گذار الكترون (گذار - مات) اتفاق مي‌افتد و آنها مانند يك رسانا رفتار مي‌كنند به عبارتي بهتر، موادي كه در آنها گذار - مات اتفاق مي‌افتد مواد همبسته قوي هستند. براي توصيف اين سامانه، مي‌توان از الگوي هابارد در نمايش كوانش دوم استفاده نمود؛ سپس با استفاده از نظريه معادله حركت و همچنين معادله دايسون، تابع گرين غيرتعادلي را بدست آورد. با داشتن تابع گرين سامانه، مي‌توان ترابرد الكترون از ميان قطعه مركزي و دو هادي چپ و راست با پتانسيل شيميايي متفاوت را محاسبه كرد كه نقاط كوانتومي لانتانيوم واناديوم اكسايد به عنوان قطعه مركزي در نظر گرفته شد. براي اعمال برهمكنش الكترون - فوتون، تأثير آن در قدرت پرش الكترون از هادي‌ها به نقطه كوانتومي، اعمال شد و از محاسبات جداگانه براي بررسي برهمكنش الكترون- فوتون صرف نظر شد. در ضمن براي اين سامانه، چگالي حالت‌هاي الكتروني و عدد اشغال الكترون در نقطه كوانتومي نيز محاسبه شد. به علت همبستگي قوي الكترون در اين ماده، تأثير برهمكنش الكترون- الكترون به ازاي مقادير مختلف در تمام محاسبات اعمال شد. مشاهده شد با افزايش ميزان برهمكنش الكترون- الكترون يا همان كميت هابارد U باعث كاهش ميزان ترابرد الكترون مي‌شود. از اين روي براي اين ماده مقدار بهينه كميت هابارد كه به ازاي آن ترابرد الكتروني و بازده سامانه بيشينه مقدار خود را دارد مشخص شد.
چكيده انگليسي :
Energy is one of the important parts in life because of its important role in human activities. Solar energy is the most unique source of renewable energy in the world, which has received attention in recent years. Searching for solar-absorbing materials containing earth-abundant elements with chemical stability is of critical importance for advancing photovoltaic technologies. Research on innovative materials for photovoltaic applications has been oriented in recent years towards the study of perovskites, used for the development of new types of high-efficiency and low-cost solar cells. In such a way that the development of solar cells based on perovskite has increased incredibly. However, the commercialization of such solar cells is still far off, due to their great instability. In this research, we study lanthanum vanadium oxide (LaVO3) quantum dots, whose energy band gap according to the Shockley- Queisser limit curve is in the optimal value for solar energy conversion. Lanthanum-vanadium oxide is an oxide composed of two transition metals that has the crystalline structure of perovskite and is in the category of the Mott Hubbard type transition metal oxides. This material generally contain only earth-abundant elements and intrinsically have long term chemical stability, which is ideal for constructing low-cost and resilient photovoltaic devices. This material is very promising for photovoltaic applications, as it could solve the stability problem and has optimal optical properties, which are considerable advantages for any photovoltaic devices. Mott insulators are materials that show conducting behavior dictated by the bandgap, caused by high electron correlations. Oxidation or addition of some impurities, triggering of electronic transition (i.e., Mott transition) happens, makes these materials become conductors. In other words, the materials in which the Mott transition occurs are called strongly correlated materials. To describe these systems, one can use the Hubbard's model in the second quantization representation; then using the theory of the equation of motion and Dyson's equation, the non-equilibrium Green's function can be obtained. Having the Green's function of the system, it is possible to calculate the electron transport among the central part and two conductors left and right with different chemical potentials, where lanthanum vanadium oxide quantum dots were considered as the central part. The effect on the energy of the electron, influenced by the electron-photon interaction, is considered in hopping terms, from the conductors to the quantum dot. In addition, the density of states and the electron occupation number in the quantum dot were also calculated for the system. Due to the strong electron correlation in this material, the effect of various electron-electron interactions, was studied in all calculations. It was observed that by increasing the amount of electron-electron interaction or the Hubbard U quantity, causes the amount of electron transport decrease. Therefore, for this material, the optimal parameters of the Hubbard quantities were determined, according to which the electron transport and the efficiency of the system have their maximum value.
