CdS/CdMnTe太阳能电池异质结界面与光电性能的第一性原理计算

• 作者: 栾丽君 何易 王涛 Liu Zong-Wen
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: CdS/CdMnTe异质结 第一性原理计算 态密度 光学性质
• 年，卷（期）: 2021,（16）
• 所属期刊栏目: 凝聚物质:结构、力学和热学性质|CONDENSED MATTER: STRUCTURAL, MECHANICAL, AND THERMAL PROPERTIES
• 页码范围: 225-234
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.70.20210268

摘要

CdS/CdMnTe异质结是具有集成分立光谱结构的叠层电池的"核芯"元件,是驱动第三代太阳能电池发展的核心引擎,其界面相互作用对大幅度提高太阳能电池的转换效率至关重要.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算构建CdS(002),CdMnTe(111)表面模型及Mn原子占据不同位置的CdS/CdMnTe异质结界面结构模型,分析CdS(002),CdMnTe(111)表面及异质结界面的电子性质和光学性质.晶格结构分析表明,CdS/CdMnTe异质结的晶格失配度约为3.5％,弛豫后原子位置与键长均在界面处发生一定程度的变化.态密度分析发现异质结界面的费米能级附近不存在界面态,并且界面处的Cd,S,Te原子之间的轨道杂化可增强界面的结合能力.差分电荷密度分析显示,界面处发生了电荷的重新分配,电子由CdMnTe转移到CdS侧.光学分析显示,CdS/CdMnTe异质结主要吸收紫外光,吸收系数可达105 cm–1,但不同Mn原子位置的异质结光学性质也稍有差别.在200—250 nm范围,Mn原子位于中间层的异质结的吸收系数更大,但在250—900 n m范围内,Mn原子位于界面层的异质结吸收峰更高.本文合理构建了CdS/CdMnTe异质结模型,计算分析了其界面光电性能,可为提高叠层电池的光电转换效率提供一定的理论参考,为实现多带隙异质结的实验研究提供一定的理论依据.