Недавно исследовательская группа Института физики твердого тела, Институт физики твердого тела, Институт физики им. Хэфэй, Китайская академия наук, Цзэн Цзи, исследователь Института выведения веществ Института физики твердого тела Академии наук Китая, сделала новый прогресс в исследовании материалов тонкопленочных солнечных элементов. По теоретическим расчетам теоретически была выбрана Си. 2ZnSnS 4 Тип внутреннего дефекта, который препятствует эффективности батареи (CZTS), и предлагает метод регулирования. Результаты публикуются онлайн в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells 180, 118-122 (2018).
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.
Рисунок 1. Энергия образования различных локализованных дефектов заряда в разных точках интервала устойчивости химического потенциала изменяется с уровнем Ферми. Основная энергия пласта составляет менее 1,5 эВ CuZn и CuSn.
Рисунок 2. Интервал устойчивости химического потенциала CZTS, область, окруженная полигоном.
Рисунок 3. Энергия образования примесей, вводимых легированием Cd, изменяется с химическим потенциалом (a) уровня Ферми (b). Самая низкая энергия образования CdZn указывает на то, что примеси Cd имеют тенденцию занимать положение Zn и подавлять образование CuZn.
