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--- atk:硅p-n结中的光电流 [2020/02/28 23:26] – [硅 p-n 结中的光电流] xie.congwei
+++ atk:硅p-n结中的光电流 [2020/02/28 23:42] (当前版本) – [参考] xie.congwei
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 在本教程中，您将学习如何计算照明下通过器件的光电流。我们研究的对象是一个 7.6 nm 大小的硅 p-n 结，同时也展示了 QuantumATK O-2018.06 发行版中引入的 Photocurrent Analyzer。
-如 <color #00a2e8>[1]</color> 和 ATK 手册中 [[https://docs.quantumatk.com/manual/Types/Photocurrent/Photocurrent.html#NL.Analysis.Photocurrent.Photocurrent|Photocurrent]] 所述，光电流是通过将电子-声子的相互作用加到器件的哈密顿量中，采用一阶微扰理论计算得到。
+如 <color #00a2e8>[1]</color> 和 ATK 手册中 ''[[https://docs.quantumatk.com/manual/Types/Photocurrent/Photocurrent.html#NL.Analysis.Photocurrent.Photocurrent|Photocurrent]]'' 所述，光电流是通过将电子-声子的相互作用加到器件的哈密顿量中，采用一阶微扰理论计算得到。''''
 ===== 器件基态 =====
+首先，您将执行器件的自洽计算。然后，利用基态器件哈密顿量计算和分析光电流。
+您应该使用脚本 [[https://docs.quantumatk.com/_downloads/silicon_pn_junction.py|↓ silicon_pn_junction.py]] 运行基态计算—脚本中定义了掺杂的器件构型和合适的 NEGF 计算器。结果保存在 ''silicon pn_ju junction.hdf5'' 中。只需下载脚本，并利用 {{:atk:job_manager.png?direct&25|}} **Job manager** 运行它。计算完成后，您可以在 **LabFloor** 上看到 ''silicon pn_junction.hdf5'' 文件。计算采用 4 个 MPI 进程大约需要 20 分钟。
+下面还提供了构建器件构型和设置 NEGF 计算的简要说明
 ==== 硅 p-n 结 ====
+.6 nm 硅器件应包含 28 个 Si 层（76.0284 Å）和10.8612 Å 的左右电极。对于这种极短的 Si 器件，为了得到一个合理的电子结构，即在电极附近有相当平坦的带边以及从 VBM 和 CBM 到费米能级有很小的间隙，p 和 n 的掺杂水平应该都是 2*10<sup>20</sup> e/cm<sup>3</sup>。
+如果您需要更多关于如何建立结的信息，请参阅教程 [[https://docs.quantumatk.com/tutorials/silicon_pn_junction/silicon_pn_junction.html#silicon-p-n|Silicon p-n junction]]。
+{{ :atk:si_pn_device-20200228.png?900 |}}
 ==== NEGF 计算 ====
+提供的脚本 [[https://docs.quantumatk.com/_downloads/silicon_pn_junction.py|↓ silicon_pn_junction.py]] 中 NEGF 计算的设置如下所示。
+Basis set：//PseudoDojo// and //Low//
+Exchange-correlation：GGA-1/2 和 PBE
+k-point sampling：A 和 B 方向上的 density 为 //4 Å//
+Density mesh cutof：//30 Ha//
+Default output file：''silicon_pn_junction.hdf5''
+使用 {{:atk:job_manager.png?direct&25|}} **Job manager** （点击 {{:atk:start.png?direct&20|}} 按钮开启计算）运行脚本。
 ===== 光电流 =====
+您现在可以准备光电流的计算了。打开 {{:atk:script_generator.png?direct&25|}} **Script Generator**，添加 {{:atk:analysis_from_file.png?direct&25|}} **Analysis from File** 模块。
+  * 选择文件 ''silicon_pn_junction.hdf5''
+  * 确保勾选了 //DeviceConfiguration// 数据块。
+接下来，为计算光电流，添加 {{:atk:analysis.png?direct&25|}} Analysis {{:atk:arrow.png?direct&5|}} Photocurrent 模块。设置声子能量范围为 0-5 eV 内 31 个点，k 点取样为 9 × 9。其他所有参数保持为默认值。您也可以在此处下载脚本 [[https://docs.quantumatk.com/_downloads/photocurrent.py|↓ photocurrent.py]]。将脚本发送到 {{:atk:job_manager.png?direct&25|}} J**ob manager**，保存为 ''photocurrent.py''，点击 {{:atk:start.png?direct&20|}} 按钮，运行计算。
+<WRAP center important 100%>
+=== 注意 ===
+光电流的计算采用 4 个 MPI 进程大约需要 3.5 个小时，因此如果可能的话，您可以考虑在远程计算集群上运行计算。
+</WRAP>
+计算完成后，您就可以看到 **LabFloor** 上的文件 ''photocurrent.hdf5''。请注意，通过减少声子能量的数量和增加 ''energy_resolution'' 以减少电子能量点，从而加快计算。
+选择 **LabFloor** 上 ''photocurrent.hdf5'' 中的 //Photocurrent_0// 数据块。打开右侧面板上的 **Photocurrent Analyzer**。
+单击 **Plot**，可以轻松绘制出电流和声子能量的关系图。如下图所示。
+{{ :atk:plot_photocurrent-20200228.png |}}
+您还可以根据从 [[https://www.nrel.gov/grid/solar-resource/spectra.html|Solar spectra website]] 获得的 AM1.5 标准太阳光谱的照度计算总电流。点击 **Calculate current** 后，以内插值替换的光电流将由红线表示。这个插值函数乘以每个声子能量处参考光谱的通量，然后对结果进行数值积分以计算给定照明下器件的总电流。
+{{ :atk:total_current-20200228.png |}}
+图 1 在 AM1.5 标准太阳光谱的照射下，总电流计算为 7.777·10<sup>-18</sup> 安培。
+如果用于计算光电流的声子能量没有覆盖在 AM1.5 光谱中声子能量的范围，您将看到一条警告消息。在这种情况下，插值将包括数据范围之外的数据，因此计算出的总电流可能不准确。因此，我们建议仅从涵盖 AM1.5 标准太阳光谱全范围的光电流计算总电流，即 0.3 eV 至 4.43 eV。覆盖更大范围的光电流不是问题，因为超出参考光谱范围的数据根本不起作用。下图为关于此问题的示例。{{ :atk:total_current_inaccuracy-20200228.png |}}
 ===== 参考 =====
+  * 英文原文：https://docs.quantumatk.com/tutorials/photocurrent/photocurrent.html#device-ground-state
+  * [1]	Mattias Palsgaard, Troels Markussen, Tue Gunst, Mads Brandbyge, and Kurt Stokbro. Efficient first-principles calculation of phonon assisted photocurrent in large-scale solar cell devices.// arXiv//:1801.03683, 2018. [[http://arxiv.org/abs/1801.03683|URL: http://arxiv.org/abs/1801.03683]].

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