多结叠层太阳电池具有吸收光谱宽、热损失小等优点,是高效太阳电池的发展方向之一。Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ2族材料ZnSiP2的禁带宽度约2.0 eV,与Si的晶格失配率仅有0.5%,适于异质外延,可用于制造硅基多结叠层太阳电池的顶电池。目前,对ZnSiP2材料的研究还不充分,电子亲和能等参数未见报道;另外,由于Zn和P的高挥发性,ZnSiP2材料中容易出现富Si现象,符合理想化学计量比的ZnSiP2材料制备困难,但富SiZnSiP2材料的相关性质尚无报道。这些问题限制了 ZnSiP2材料的进一步开发利用。本文使用第一性原理计算软件VASP,研究了 ZnSiP2的晶体结构、能带结构,得到了电子亲和能、有效质量等特征参数,其中能带结构计算采用精确度较高的HSE06杂化泛函方法;同时,分析了不同Si含量的ZnSiP2材料的晶体结构、能带结构以及稳定性,从而为开发ZnSiP2太阳电池提供参考依据。主要计算结果如下:1.采用PBE密度泛函方法中的广义梯度近似(GGA)计算得到ZnSiP2的晶格常数为5.420A。利用HSE06杂化泛函方法计算得到ZnSiP2的禁带宽度为2.048eV,与已报道的实验结果偏差1.89%。在此基础上,计算得到ZnSiP2的电子亲和能为 3.056 eV,Γ-M方向的电子和空穴有效质量分别为0.406m0和0.849m0,Γ-N方向的电子和空穴有效质量为0.262m0 和 0.437m0。2.研究了 Si原子分别替代Zn原子、P原子以及同时替代Zn、P双原子三种情况下富SiZnSiP2材料的特征。分析结果表明:当Si含量在25%～37.5%范围内增加,Zn含量在25%～18.75%范围内、P含量在50%～43.75%范围内减小时,ZnSiP2与Si的晶格失配率小于1.23%,其禁带宽度随着Si含量的增加而减小,变化范围为2.05～0.63 eV。3.富Si的ZnSiP2材料的形成能计算结果表明:Si原子替代P原子的形成能小于0 eV/atom,替代Zn原子的形成能大于0 eV/atom,Si原子替代P原子比替代Zn原子后形成的材料更稳定。