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从Cu2ZnSnS4到Cu2CdGe(S,Se)4优化硅藻土太阳能电池
Journal of Materials Chemistry A ( IF 10.7 ) Pub Date : 2021-4-1 , DOI: 10.1039/d0ta11603c
Robert B. Wexler 1, 2, 3, 4 , Gopalakrishnan Sai Gautam 1, 2, 3, 4 , Emily A. Carter 1, 2, 3, 4, 5
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基于原型吸收体材料Cu 2 ZnSnS 4(CZTS)的Kesterite太阳能电池便宜,无毒且化学稳定,因此使其成为有前途的超越Si的光伏技术。然而,它们的效率受到缺陷的形成的限制,这些缺陷会通过形成深陷阱来减少短路电流,该陷阱会通过Shockley-Read-Hall机制发生光激发电荷载流子的非辐射重组。为了抑制这些缺陷的形成,特别是最有害的2Cu Zn + Sn Zn反位簇,我们设计了一种离子取代策略,该方法涉及完全Cd和Ge取代以及部分硒化,最终达到最佳组成Cu2 CdGeS 3 Se(CCdGSSe)。使用密度泛函理论和从头算热力学,我们预测完全的Cd和Ge取代将导致深陷阱诱导2Cu Cd + Ge Cd的形成能增加125%。此外,相对于Shockley-Queisser极限,25%的硒化可优化预测的带隙(1.43–1.47 eV,由混合功能计算得出)。除了提供一种实用且新颖的离子取代策略外,我们还阐明了Ge和Se抑制和促进缺陷的机理,并分别强调了惰性对效应和金属-硫族元素键价的关键作用。由于其理想的热力学和电子特性,CCdGSSe应重新激发对基于硅藻土的太阳能电池的研究,优化由离子取代和二元后组成提供的丰富材料空间。



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更新日期:2021-04-09
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