【摘 要】
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随着科学技术的发展,人们期望得到清洁的、可持续发展的能源,太阳能便是最受期待的新能源。人们对于太阳能电池的研究也在不断进行着,中间带太阳电池被认为是能够突破S-Q效率
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随着科学技术的发展,人们期望得到清洁的、可持续发展的能源,太阳能便是最受期待的新能源。人们对于太阳能电池的研究也在不断进行着,中间带太阳电池被认为是能够突破S-Q效率极限的一种方式,因而受到了科研人员的极大关注。我们利用VASP程序包,通过第一性原理计算,对I2-II-IV-VI4四元化合物材料中的中间带性质进行计算并进行了分析,我们通过分析Cu2ZnSnS4(CZTS)材料的演化过程,对于Kesterite(KS)结构以及wurtzite-Kesterite(WKS)结构的CZTS能带进行了计算,在其能带中存在中间带,通过对态密度的分析,其主要为Ⅵ族元素与Ⅵ族元素的s-s杂化导致的反键态耦合。我们得到CZTS材料KS结构上下带隙分别为0.50eV以及0.13eV,WKS结构为0.93eV和0.13eV。通过对CZTS的Ⅵ族元素进行替换,我们发现中间带位置随Ⅵ族元素的原子序数减小而上升。Cu2ZnGeS4存在中间带,其上带隙为0.65eV,下带隙为0.64eV,Cu2ZnSiS4已不存在中间带,带隙为1.54eV。为了得到更易于提升费米能级的n型材料,我们将CZTS材料中的Cu用Ag进行替换,对KS结构的Ag2ZnSnS4及其Ⅵ族替换物Ag2ZnSnSe4的能带进行计算,发现替换后在两种材料中均有中间带的存在。Ag2ZnSnS4的上带隙为0.79eV,下带隙为1.56eV;Ag2ZnSnSe4的上带隙为1.06eV,下带隙为1.20eV。该结构Ag2ZnSnSe4下带隙接近理想模型而上带隙较理想模型偏大,于是我们对该材料的WKS结构进行计算,得到了上带隙为0.64eV,下带隙为1.17eV的能带,接近理想模型的太阳电池带隙。通过对Ag2ZnSnSe4的进行不同程度的电子填充,得到了当中间带越接近中间带不带电规则的约束条件时,其对应的吸收曲线曲率更大,这意味着光转换效率也更高。
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