上海交通大学物理系凝聚态光谱与光电子物理实验室 上海交通大学太阳能研究所 苏未安 沈文忠

除多重激子产生的效率外，多重激子产生的阈值能量也是多重激子效应的一个重要参数。阈值能量ET[18,24,26,27,35,38]是指在纳米半导体中产生多重激子效应所需入射光子的最小能量h v'。从模型的建立可知，当产生多重激子效应时，IQE一定大于100%；并且多重激子产生效率依赖于参数tS、R和h v，IQE=IQE(tS, Eg, h v)。tS和Eg确定后，IQE仅取决于h v，则IQE=IQE(h v)。为便于计算，需给出纳米半导体中多重激子产生的判据IQE,cr(d,ET=h v')，即当IQE(d,h v)＞IQE,cr(d, ET=h v')时，产生多重激子效应；而IQE(d,h v)＜IQE,cr(d,ET=h v')时，不产生多重激子效应。IQE,cr(d, ET=h v')是一个大于100%且非常接近100%的一个数值。

也有一些科学家提出了相近方法以研究多重激子效应[50,51]，相比较而言，本文建立的模型改进的地方为:(1)考虑了电子自旋效应以及有效质量的影响，而其他方法[50,51]并未考虑电子自旋效应，且认为电子和空穴在纳米半导体中的运动质量等于电子的静止质量，这样的处理显然有欠妥当。(2)在本文模型中计算了光子能量驰豫体积Ω，而其他方法[50,51]则认为纳米半导体的体积V即为光子能量的驰豫体积Ω，因而，用统计模型所得结果的正确性更好。(3)结合碰撞电离机制和Fermi的统计模型，建立了适用于多重激子产生的统计模型，而其他方法[50,51]直接利用Fermi的统计公式计算多重激子的产生。尽管有的文献采用协同学理论讨论了多重激子产生过程[51]，但对于Fermi的统计公式是否适用于研究多重激子效应未作详细的分析。因而，正如后文将要表明的，前面所建的统计模型给出了与最近精细的实验数据[23,36]相符合的结果，而其近似的统计法得到了高达700%的多重激子产生效率[50,51]，这与现在的认识不符。……