二维磷化硼多层材料的理论研究

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通过对二维磷化硼体系的一系列理论计算,我们发现二维磷化硼体系都是直接带隙的半导体,且带隙可从单层Mono的1.37 eV到三层Tri-1的0.17 eV,而体相磷化硼是一个间接带隙为1.98 eV的半导体,可见二维磷化硼体系在半导体器件方面具有很好的应用前景,这样的前景是体相磷化硼所不具有的。在对二维磷化硼体系的载流子迁移率的计算,发现二维磷化硼体系在沿着之字形(x)和扶手椅形(y)方向都是以电子为主的载流子迁移,且电子迁移率普遍很高,此外在沿着之字形方向的电子迁移率要比沿着扶手椅形方向的大。尤其对于Mono、Bi-1和Tri-1,沿着之字形方向的电子迁移率最高分别可达到106-107 cm2V-1s-1量级,是石墨烯载流子迁移率(105 cm2V-1s-1量级)的10-100倍,可见二维磷化硼体系具有极好的电子输运性质,在电子器件方面将具有极好的应用前景。基于二维磷化硼体系的电子结构,对其光学吸收谱进行了计算,分析发现所有的二维磷化硼体系的光吸收都从带隙开始,一直到4 eV都具有很好的吸收性,而可见光的能量范围大约是1.6-3.2 eV,说明二维磷化硼体系的光吸收范围很好的覆盖可见光的能量范围,可知二维磷化硼体系具有极好的光吸收性质,可在光电器件方面具有很好的应用前景。基于二维磷化硼体系如此好的光吸收性质,我们将单层MoS2叠加到二维磷化硼体系(Mono、Bi-2、Tri-3)上构成多层的二维太阳能电极材料,并对这一太阳能电极材料的PCE进行了计算,发现PCE非常高,且可达到17.7-19.7%,可见二维磷化硼体系在太阳能电池方面也具有极好的应用前景。为了研究二维磷化硼体系的结构的稳定性,对单层磷化硼进行了分子动力学模拟,计算发现其可在2,500 K的极高温下亦然保持着结构的完整性,可见二维磷化硼体系的结构具有良好的稳定性,从而保证了其作为器件后,具有长的寿命的可能性。
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