Все элементы, которые составляют CZTS, богаты и нетоксичны на Земле, они признаны экологически чистыми, недорогими, высокоэффективными материалами для батарей, однако максимальная эффективность существующих солнечных элементов на базе CZTS составляет около 12,7%, что намного ниже его эквивалента. Наибольшая эффективность соединения Cu (In, Ga) Se2 (20,3%) является одной из важных причин того, что в CZTS существует множество локализованных дефектов, которые препятствуют свободному переносу носителей. Современные экспериментальные методы не могут судить о дефектах атомного масштаба. Тип и теоретически может точно определять тип локализованного дефекта основного заряда, изучая энергию образования дефекта и уровень энергии переноса заряда.
Основываясь на изучении гибридной функциональной теории, исследовательская группа Цзэн Хао обнаружила, что CuSn и CuZn являются основными зарядами локализованных дефектов в CZTS, а их влияние на носители - не одно и то же. CuSn образует глубокий уровень примеси в запрещенной зоне. Электронно-дырочные пары рекомбинируются через глубокий уровень, поэтому CuSn представляет собой центр глубокой рекомбинации уровня. Уровни примеси CuZn относительно низки по положению, легко ионизируются, вносят вклад, но ионизованный CuZn - образует заряд с ZnCu + Парные пары взаимно компенсирующих акцептор-донор, в которых CuZn- и ZnCu +, которые являются электрически противоположными друг другу, притягивают большие потенциальные флуктуации материала, которые могут улавливать носители, тем самым уменьшая концентрацию носителей в материале. После дальнейших исследований группа предложила метод подавления этих двух видов локализованных дефектов: (1) среда с высоким содержанием Sn подавляет CuSn, потому что химическая формула Sn в CZTS имеет очень большой диапазон изменений и может быть подавлена путем создания среды с интенсивным использованием Sn. CuSn; (2) легирование Cd подавляет CuZn, поскольку легированный Cd будет занимать положение Zn и уменьшать вероятность образования CuZn. Обе схемы были экспериментально поддержаны.
Вышеупомянутая работа была поддержана национальным проектом «973» и Национальным научным фондом Китая. Расчетные работы были завершены в филиале Хэфэй Центра суперкомпьютеров Академии наук Китая.
