六方相和立方相CdS声子色散和热力学特性研究
作者：骆远征 邓永荣 岑伟富
来源：《都市家教·下半月》2017年第09期
【摘 要】采用基于密度泛函理论的第一性原理方法分别计算六方相和立方相CdS的声子色散关系和热力学特性。计算结果表明六方相CdS存在虚频，即热力学性质不稳定，其不稳定性主要有Cd原子振动造成，立方相的CdS是稳定相。两种结构的CdS的声子态密度均由Cd原子和S原子的声子态密度贡献，且Cd原子声子态密度的贡献值大于S原子态密度的贡献值。通过热力学性质分析，得到两种结构CdS的熵、焓随着温度的增加而增加，自由能随着温度的增加而减小，热熔温度随温度的变化趋于稳定。六方相CdS的德拜温度随着温度的增加而增加，立方相CdS的德拜温度随着温度的增加趋于平衡其稳定时的德拜温度是350K。通过热力学特性研究得到，六方相的热力学参量值均高于立方相的热力学参量，表明立方相是稳定相。
【关键词】CdS；声子色散；热力学；第一性原理 1引言
硫化镉（CdS）作为一张新型的宽禁带半导体材料，在常温下具有禁带宽度为1.45eV的直接带隙，其薄膜带隙为2.42eV，同时有着与ZnO相似的电子结构和物理性质，且薄膜带隙非常接近太阳能电池需要的最优带隙，因此可以有效吸收可见光能量，具有很高的理论转换效率（28%），成为制备高效率、低成本的多晶薄膜太阳能电池的理想吸收层材料。另外，CdS吸收系数为104～105cm-1，电子亲和势为4.5eV（和二氧化锡（SnO2）接近），能和SnO2形成良好的欧姆接触，具有很强的广电效应；它有很高的光透过率，作为太阳能电池的窗口层，可以保证有尽量多的光子供吸收，同时还有较大的光电率。因此CdS成为光电器件、光催化、太阳能电池、光探检测器以及非线性光学材料等领域的研究热点，特别是在新型广电材料应用方面具有潜在的前景。
近年来，由于采用电化学沉积法制备CdS可以实现大面积沉积，成膜均匀致密且薄膜对基底的附着良好，尤为重要的事可得到吸收边陡直、适于异质结CdTe电池的窗口层材料，引起了特别的关注，得到众多科研小组的重视。李越湘等利用水热合成法和热溶剂等制备出用不同长/经比的Cd纳米线型光催化剂，并以一定浓度的甲酸水溶液作为对比研究对象，进而得出CdS纳米材料催化性能方面的重要结论：与甲醛水溶液相比，CdS纳米材料的光催化性能受多种因素影响而十分显著，这些影响因素包括结晶度、制备手段和晶体颗粒大小等。在进一步的实验中，为了在避免微晶LO声子对实验结果产生干扰的同时获得CdS的非均匀线宽，而拟合出线宽随温度变化曲线来加以研究。这研究结果表明，CdS中由于存在多种结构共生且声子对其实验结果影响显著，因此晶体中的声子成为影响其关键物性不可忽视的重要因素，但到目前为止还未见相关文献报道关于CdS不同结构的声子色散关系研究。因此，本论文从CdS的声子色散关系出发采用超软贋势方法计算CdS的声子色散和热力学特性，揭示不同结构CdS的热力学特性和声子色散的关系。 2计算模型及方法
六方相和立方相CdS声子色散和热力学特性研究
