CdS/CdMnTe太陽能電池異質結界面與光電性能的第一性原理計算*

欒麗君 何易 王濤 Liu Zong-Wen

1) (長安大學材料科學與工程學院, 西安 710061)

2) (西北工業大學, 凝固技術國家重點實驗室, 西安 710072)

3) (悉尼大學化學與生物分子工程學院, 澳大利亞顯微技術與顯微分析中心, 悉尼 NSW 2006)

CdS/CdMnTe異質結是具有集成分立光譜結構的疊層電池的“核芯”元件, 是驅動第三代太陽能電池發展的核心引擎, 其界面相互作用對大幅度提高太陽能電池的轉換效率至關重要.本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計算構建CdS (002), CdMnTe (111)表面模型及Mn原子占據不同位置的CdS/CdMnTe異質結界面結構模型, 分析CdS (002), CdMnTe (111)表面及異質結界面的電子性質和光學性質.晶格結構分析表明, CdS/CdMnTe異質結的晶格失配度約為3.5%, 弛豫后原子位置與鍵長均在界面處發生一定程度的變化.態密度分析發現異質結界面的費米能級附近不存在界面態, 并且界面處的Cd, S, Te原子之間的軌道雜化可增強界面的結合能力.差分電荷密度分析顯示, 界面處發生了電荷的重新分配, 電子由CdMnTe轉移到CdS側.光學分析顯示, CdS/CdMnTe異質結主要吸收紫外光, 吸收系數可達105 cm-1, 但不同Mn原子位置的異質結光學性質也稍有差別.在200-250 nm范圍, Mn原子位于中間層的異質結的吸收系數更大, 但在250-900 nm范圍內, Mn原子位于界面層的異質結吸收峰更高.本文合理構建了CdS/CdMnTe異質結模型,計算分析了其界面光電性能, 可為提高疊層電池的光電轉換效率提供一定的理論參考, 為實現多帶隙異質結的實驗研究提供一定的理論依據.

1 引 言

隨著科學技術的進步和化石燃……