Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Apr 2004)
Diseño de nuevos materiales fotovoltaicos de banda intermedia
Abstract
A new kind of photovoltaic material with an intermediate band (MIB) and semiconductor characteristics have been recently identified in a previous work. These MIB present an isolated half-filled intermediate band located in the semiconductor energy band-gap compare to the conventional materials used to manufacture photovoltaic devices. Quantum efficiencies of photovoltaic conversion of these materials are related to efficient light absorption. In this work we use quantum mechanical techniques to design this type of materials, specifically the Ga4P3Ti and Ga4As3Ti alloys systems. For this task we use an accurate first principles methods to calculate band diagram and optical material parameters. Density Functional Theory has been used with the semi-local generalized gradient approximation (GGA) correction for the exchange-correlation potential, norm conserving non-local pseudopotential and confined lineal combination of atomic pseudo-orbitals. In order to further evaluate the potential of such materials of their light-absorption properties, direct optical transitions have been also determined using for that, the aforementioned first principles calculations.<br><br>En trabajos recientes se han descrito una serie de nuevos materiales conocidos como materiales de banda intermedia (MIB) que presentan una banda intermedia, aislada y parcialmente llena respecto a los semiconductores utilizados actualmente en la fabricación de dispositivos fotovoltaicos. Estas características hacen de este tipo de nuevos materiales candidatos para aumentar significativamente la absorción efectiva de la luz solar. En este trabajo utilizamos técnicas mecanocuánticas para el diseño y estudio de este tipo de materiales, en particular los sistemas Ga4P3Ti y Ga4As3Ti. En primer lugar analizamos las características estructurales y las propiedades electrónicas utilizando los diagramas de dispersión de energía. Para este estudio utilizamos el método DFT (Density Functional Theory) con la aproximación de gradiente generalizado (GGA) para los términos de intercambio y correlación, con pseudopotenciales, y utilizando combinaciones lineales de pseudorbitales atómicos confinados. Posteriormente analizamos las interacciones electrón-fotón en términos de las densidades de estados y elementos de matriz que servirán para caracterizar las transiciones directas.
