Cu_2ZnSnS_4晶界性质与光伏效应的第一性原理研究

【摘要】：本文应用第一性原理电子结构计算方法研究了锌黄锡矿Cu_2ZnSnS_4(CZTS)晶界的性质:包括微结构和电子结构及其对光伏效应的影响.计算结果表明:从p-n结区扩散过来空穴可以翻越一定势垒后被晶界俘获,晶界进一步提供载流子扩散的快速通道,使得这些空穴可以快速运动到阳极.少数载流子电子在晶界中心区附近感受到很高的静电势垒,但其高势垒两侧存在的势阱可以束缚少量电子.对多数载流子空穴,晶界中心则是势阱,势阱两边有阻止空穴扩散到晶界中心的势垒.由于CZTS晶体的易解理面是(112),晶界面与(112)面平行的扭转晶界Σ3*[221]和Σ6*[221]等不破坏原有晶体的基本结构,它们的晶界能很小,而且其电子结构与晶体内部基本相同,因此尽管它们大量存在于CZTS材料中,但是对材料性质仅有很小的影响.通过比较晶体、晶界、空腔的表面和纳米棒的电子结构和光吸收系数,我们可以看出:这些微结构会在带隙内引入新的能级(复合中心),同时高的孔隙率会降低(大于1.3 eV)光的吸收系数,因此提高CZTS薄膜的致密度是提高CZTS太阳能电池效率关键. 【作者单位】： 中国科学院固体物理研究所中国科学院材料物理重点实验室中国科学院合肥物质科学研究院;
【关键词】： 锌黄锡矿Cu_ZnSnS_ 太阳能电池 晶界微结构 密度泛函理论
【基金】：国家重点基础研究发展计划(973计划)(批准号:2012CB933702)资助的课题~~
【分类号】：O469
【正文快照】： 1引言基于Cu(In Ga)Se2(CIGS)的薄膜太阳能电池取得了很大成功,人们试图寻找无毒的,自然界储存丰富的材料替代CIGS,其中锌黄锡矿是有开发前景的替代材料.由于CIGS高的光伏效率是在多晶薄膜中实现的,研究者认为晶界对提高CIGS薄膜太阳能电池的效率起到了正面效应.CZTS的光伏效

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