Silicon and Germanium Nanostructures for Photovoltaic Applications: Ab-Initio Results

Nanoscale Research Letters

Volumn 5, Issue 10, 2010, Pages 1637-1649

  Ossicini, Stefano ^a,b   Amato, Michele ^a,b   Guerra, Roberto ^a,b   Palummo, Maurizia ^c   Pulci, Olivia ^c  

^a UNIVERSITY OF MODENA AND REGGIO EMILIA   (Italy)

^b CNR   (Italy)

^c UNIVERSITY OF ROME TOR VERGATA   (Italy)

Author keywords

Germanium; Nanocrystals; Nanophotonics; Nanowires; Photovoltaics; Silicon

Indexed keywords

AB INITIO; BAND GAPS; CHARGE SEPARATIONS; CRYSTALLINITIES; DEVICE EFFICIENCY; ELECTRIC ENERGIES; ENERGY SOURCE; GE NANOPARTICLES; GERMANIUM NANOSTRUCTURES; MICROSCOPIC PROCESS; MULTI JUNCTION SOLAR CELLS; NANOSTRUCTURED SEMICONDUCTOR; PHOTOVOLTAIC APPLICATIONS; PHOTOVOLTAICS; QUANTUM CONFINEMENT EFFECTS; RECOMBINATION RATE; SILICON GERMANIUM; WIDE BAND-GAP MATERIAL;

ELECTRIC WIRE; ENERGY GAP; FOSSIL FUELS; NANOCRYSTALS; NANOPARTICLES; NANOPHOTONICS; NANOWIRES; OPTICAL PROPERTIES; PHOTOVOLTAIC EFFECTS; SIZE SEPARATION;

GERMANIUM;

EID: 78049300875     PISSN: 19317573     EISSN: 1556276X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1007/s11671-010-9688-9     Document Type: Article

References (86)

1. D. M. Bagnall, M. Boreland, Energy Policy 36, 4390 (2008).
2. W. Shockley, H. J. Queisser. J. Appl. Phys. 32, 510 (1961).
3. M. Green, P. A. Basore, N. Chang, D. Clugston, R. Egan, R. Evans, D. Hogg, S. Jarnason, M. Keever, P. Lasswell, J. O'Sullivan, U. Schubert, A. Turner, S. R. Wenham, T. Young, Solar Energy Mater. Solar Cells 77, 857 (2004).
4. M. Grätzel, Nature 414, 338 (2001).
5. M. A. Green, Third Generation Photovoltaics: Advanced Solar Energy Conversion (Springer, Berlin, 2003).
6. M. Grätzel, J. Photochem. Photobiol. A Chem. 164, 3 (2004).
7. G. Conibeer, M. Green, R. Corkish, Y. Cho, E.-C. Cho, C.-W. Jang, T. Fangsuwannarak, E. Pink, Y. Huang, T. Puzzer, T. Trupke, B. Richeards, A. Shalav, K.-L. Lin, Thin Solid Films 511-512, 654 (2006).
8. B. Tian, X. Zheng, T. J. Kempa, Y. Fang, N. Yu, G. Yu, J. Huang, C. M. Lieber, Nature 449, 885 (2007).
9. M. D. Kelzenberg, D. B. Turner-Evans, B. M. Kayes, M. A. Filler, M. C. Putnam, N. S. Lewis, H. A. Atwater, Nano Lett. 8, 710 (2008).
10. E. C. Garnett, P. Yang, J. Am. Chem. Soc. 130, 9224 (2008).
11. A. Nduwimana, R. N. Musin, A. M. Smith, X.-Q. Wang, Nano Lett. 8, 3341 (2008).
12. M. Amato, M. Palummo, S. Ossicini, Phys. Rev. B 79, 201302(R) (2009).
13. L. Cao, J. S. White, J.-S. Park, J. A. Schuller, B. M. Clemes, M. L. Brongersma, Nature Mater. 8, 643 (2009).
14. S. Ossicini, L. Pavesi, F. Priolo, Light Emitting Silicon for Microphotonics, Springer Tracts on Modern Physics, vol 194 (Springer, Berlin, 2003).
15. C. Delerue, M. Lannoo, Nanostructures. Theory and Modelling (Springer, Berlin, 2004).
16. R. Rurali, Rev. Mod. Phys. 82, 427 (2010).
17. P. Hohenberg, W. Kohn, Phys. Rev. 136, B864 (1964).
18. W. Kohn, L. J. Sham, Phys. Rev. 140, A1113 (1965).
19. E. K. U. Gross, M. A. L. Marques, Ann. Rev. Phys. Chem. 55, 427 (2005).
20. G. Onida, L. Reining, A. Rubio, Rev. Mod. Phys. 74 601 (2002).
21. A. Seidl, A. Görlig, P. Vogl, J. A. Majewski, M. Levy, Phys. Rev. B 53 3764 (1996).
22. M. Gruning, A. Marini, A. Rubio, Phys. Rev. B. 74 161103(R) (2006).
23. P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, D. Ceresoli, G. L. Chiarotti, M. Cococcioni, I. Dabo, A. Dal Corso, S. de Gironcoli, S. Fabris, G. Fratesi, R. Gebauer, U. Gerstmann, C. Gougoussis, A. Kokalj, M. Lazzeri, L. Martin-Samos, N. Marzari, F. Mauri, R. Mazzarello, S. Paolini, A. Pasquarello, L. Paulatto, C. Sbraccia, S. Scandolo, G. Sclauzero, A. P. Seitsonen, A. Smogunov, P. Umari, R. M. Wentzcovitch, J. Phys. Condens. Matt. 21, 395502 (2009).
24. R. Guerra, I. Marri, R. Magri, L. Martin-Samos, O. Pulci, E. Degoli, S. Ossicini, Phys. Rev. B 79, 155320 (2009).
25. M. Palummo, S. Ossicini, R. De Sole, Phys. Status Solidi B 247, 2089 (2010).
26. L. Hedin, Phys. Rev 139 A796 (1965).
27. F. Aryasetiawan, O. Gunnarsson, Rep. Prog. Phys. 61 237 (1998).
28. M. S. Hybertsen, S. G. Louie, Phys. Rev. B 35 5585 (1987).
29. R. W. Godby, M. Schlüter, L. J. Sham, Phys. Rev. B 37 10159 (1988).
30. A. G. Marinopoulos, L. Reining, A. Rubio, N. Vast, Phys. Rev. Lett. 91, 046402 (2003).
31. C. Spataru, S. Ismail-Beigi, L. X. Benedict, S. G. Louie, Appl. Phys. A 78 1129 (2004).
32. M. Bruno, M. Palummo, A. Marini, R. Del Sole, S. Ossicini Phys. Rev. Lett. 98 036807 (2007).
33. F. Bruneval, S. Botti, L. Reining, Phys. Rev. Lett. 94, 219701 (2005).
34. B. Aradi, L. E. Ramos, P. Deak, Th. Köhler, F. Bechstedt, R. Q. Zhang, Th. Frauenheim, Phys. Rev. B 76, 035305 (2007).
35. N. Wang, Z. K. Tang, G. D. Li, J. S. Chen, Nature 408, 50 (2000).
36. D. Kovalev, Phys. Rev. Lett. 77, 2089 (1996).
37. M. Cazzanelli, D. Kovalev, L. D. Negro, Z. Gaburro, L. Pavesi, Phys. Rev. Lett. 93 207402 (2004).
38. H. Kageshima, K. Shiraishi, in Proceedings of 23rd International Conference on Physics Semiconduction, World Scientific, Singapore, 1996, ed. by M. Scheffler, R. Zimmermann, p. 903.
39. M. Luppi, S. Ossicini, J. Appl. Phys. 94, 2130 (2003).
40. M. Luppi, S. Ossicini, Phys. Rev. B 71, 035340 (2005).
41. F. Djurabekova, K. Nordlund, Phys. Rev. B 77, 115325 (2008).
42. N. Daldosso, M. Luppi, S. Ossicini, E. Degoli, R. Magri, G. Dalba, P. Fornasini, R. Grisenti, F. Rocca, L. Pavesi, S. Boninelli, F. Priolo, C. Spinella, F. Iacona, Phys. Rev. B 68, 085327 (2003).
43. P. Ordejón, E. Artacho, J. M. Soler, Phys. Rev. B 53, R10441 (1996).
44. J. M. Soler, E. Artacho, J. D. Gale, A. García, J. Junquera, P. Ordejón, D. Sánchez-Portal, J. Phys. Condens. Matt. 14, 2745 (2002).
45. T. Watanabe, K. Tatsamura, I. Ohdomari, Appl. Surf. Sci. 237, 125 (2004).
46. D. E. Yilmaz, C. Bulutay, T. Cagin, Phys. Rev. B 77, 155306 (2008).
47. P. Kroll, H. J. Schulte, Phys. Stat. Sol. B 243 (2006).
48. D. E. Yilmaz, C. Bulutay, T. Cagin, Phys. Rev. B 77, 155306 (2008).
49. L. Martin-Samos, Y. Limoge, J.-P. Crocombette, G. Roma, N. Richard, E. Anglada, E. Artacho Phys. Rev. B 71, 014116 (2005) (we gratefully thanks Layla Martin-Samos for the contribution relative to the generation of the glass).
50. G. Hadjisavvas, P. C. Kelires, Physica E 38, 99 (2007).
51. M. Ippolito, S. Meloni, L. Colombo, Appl. Phys. Lett. 93, 153109 (2008).
52. http://www.bethe-salpeter.org
53. R. Guerra, E. Degoli, S. Ossicini, Phys. Rev. B 80, 155332 (2009).
54. E. Degoli, R. Guerra, F. Iori, R. Magri, I. Marri, O. Pulci, O. Bisi, S. Ossicini, C. R. Physique 10, 575 (2009).
55. R. Guerra, I. Marri, R, Magri, L. Martin-Samos, O. Pulci, E. Degoli, S. Ossicini, Superlatt. Microstruc. 46, 246 (2009).
56. R. Guerra, S. Ossicini, Phys. Rev. B 81, 245307 (2010).
57. R. Guerra, E. Degoli, M. Marsili, O. Pulci, S. Ossicini, Phys. Status Solidi B 247, 2113 (2010).
58. E. Luppi, F. Iori, R. Magri, O. Pulci, R. Del Sole, S. Ossicini, E. Degoli, V. Olevano, Phys. Rev. B 75, 033303 (2007).
59. F. Iori, E. Degoli, R. Magri, I. Marri, G. Cantele, D. Ninno, F. Trani, O. Pulci, S. Ossicini, Phys. Rev. B 76, 085302 (2007).
60. M. Bruno, M. Palummo, A. Marini, R. Del Sole, V. Olevano, A. N. Kholod, S. Ossicini, Phys. Rev. B 72, 153310 (2005).
61. C. Delerue, M. Lannoo, G. Allan, Phys. Rev. Lett. 84, 2457 (2000).
62. L. E. Ramos, J. Paier, G. Kresse, F. Bechstedt, Phys. Rev. B 78, 195423 (2008).
63. R. Guerra, PhD Thesis 2009, unpublished.
64. J. Heitmann, F. Müller, L. Yi, M. Zacharias, D. Kovalev, F. Eichhorn, Phys. Rev. B 69, 195309 (2004).
65. J. Linnros, N. Lalic, A. Galeckas, V. Grivickas, J. Appl. Phys. 86, 6128 (1999).
66. M. Glover, A. Meldrum, Opt. Mater. 27, 977 (2005).
67. T. Shimitsu-Iwayama, T. Hama, D. E. Hole, I. W. Boyd, Solid State Electron. 45, 1487 (2001).
68. M. Schneibner, M. Yakes, A. S. Bracker, I. V. Ponomarev, M. F. Doty, C. S. Hellberg, L. J. Whitman, T. L. Reinecke, D. Gammon, Nature Phys. 4, 291 (2008).
69. G. Allan, C. Delerue, Phys. Rev. B 75, 195311 (2007).
70. R. Lockwood, A. Hryciw, A. Meldrum, Phys. Rev. Lett. 89, 263112 (2006).
71. L. Dal Negro, M. Cazzanelli, L. Pavesi, S. Ossicini, D. Pacifici, G. Franzó, F. Priolo, Appl. Phys. Lett. 82, 4636 (2003).
72. R. Musin, X. Wang, Phys. Rev. B 71, 165308 (2006).
73. R. Musin, X. Wang, Phys. Rev. B 71, 155318 (2005).
74. J. Yang, C. Jin, C. Kim, M. Jo, Nano Lett. 6, 12, 2679 (2006).
75. M. Bruno, M. Palummo, R. Del Sole, S. Ossicini, Surf. Sci. 601, 277 (2007).
76. S. Beckman, J. Han, J. Chelikowsky, Phys. Rev. B 74, 165314 (2006).
77. X. Zhao, C. M. Wei, L. Yang, M. Y. Chou, Phys. Rev. Lett. 92, 236805 (2004).
78. M. Amato, M. Palummo, S. Ossicini, Phys. Rev. B 80 235333 (2009).
79. M. Amato, M. Palummo, S. Ossicini, Phys. Status Solidi B 247, 2096 (2010).
80. Y. Wu, Y. Cui, L. Huynh, C. J. Barrelet, D. C. Bell, C. M. Lieber, Nano Lett. 4, 433 (2004).
81. L. Vegard, Z. Phys. 5, 17 (1921).
82. D. D. D. Ma, C. S. Lee, F. C. K. Au, S. Y. Tong, S. T. Lee, Science 299, 1874 (2003).
83. M. Palummo. M. Amato, S. Ossicini, Phys. Rev. B (2010) (under review).
84. A. Marini, C. Hogan, M. Grüning, D. Varsano, Comput. Phys. Commun. 180, 1392 (2009).
85. A. N. Kholod, V. L. Shaposhnikov, N. Sobolev, V. E. Borisenko, F. A. D'Avitaya, S. Ossicini, Phys. Rev. B 70, 035317 (2004).
86. A. N. Kholod, A. Saul, J. D. Fuhr, V. E. Borisenko, F. A. D'Avitaya, Phys. Rev. B 62, 12949 (2000).