We derive the matrix elements of Coulomb interaction between states with different number of electrons and holes in a semiconductor nanocrystal within the 8-band $\mathbf{k}\cdot\mathbf{p}$ theory. These matrix elements are responsible for multiple exciton generation which may contribute to the enhancement of the efficiency of solar cells. Our calculations are performed within the multi band envelope function formalism based on the states resulting from diagonalization of the 8-band $\mathbf{k}\cdot\mathbf{p}$ Hamiltonian. We study in detail and compare two contributions to the inter-band Coulomb coupling: the mesoscopic one, which involves only the envelope functions and relies on band mixing, and the microscopic one, that relies on the Bloch parts of the wave functions and is non-zero even between single- band states. We show that these two contributions are of a similar order of magnitude. We study also the statistical distribution of the magnitudes of the inter-band Coulomb matrix elements and show that the overall coupling to remote states decays according to a power law favorable for the convergence of numerical computations.


翻译:我们从8-band $mathb{k ⁇ cdot\mathbf{p}p}$8-band 理论中,在半导体纳米晶体中,拥有不同数量电子和孔的州之间产生库伦互动的矩阵元素。 这些矩阵元素对多种突变产生作用, 有助于提高太阳能电池的效率。 我们的计算在多波段内进行, 以8-band $mathb{k ⁇ cdot\mathb{p}$ Hamiltonian 的对等化结果为基础, 形式主义。 我们详细研究并比较了对库伦双带间联动的两种贡献: 混成一, 仅涉及信封功能, 依赖波段混合, 和显微波段, 依靠波段的布洛奇部分, 且即使在单波段各州之间也非零。 我们显示, 这两种贡献在数量上类似。 我们还研究了跨波段基质矩阵元素的统计分布。 我们研究了跨波段矩阵元素的大小的统计分布, 并显示, 能够将整个数字转换到远程变换到法律。

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