光伏器件中V族元素二维材料-硅界面的载流子选择性与钝化

本研究调查了与光伏器件相关的V族元素二维层与硅的界面特性。通过第一性原理计算，估算了砷烯、锑烯和铋烯单层的$\alpha$和$\beta$同素异形体与Si(100)和Si(111)之间界面的表面钝化和载流子选择性。在所研究的各种界面构型中，所有基于Si(111)的板以及只有少数基于Si(100)的板是稳定的。Bader电荷分析表明，从硅板到二维层中的As以及从二维层中的Sb和Bi到硅板发生了电荷转移，表明界面原子之间存在强相互作用。在特定电荷（电子或空穴）选择性层的各种构型中比较，$\alpha$-As/Si和$\beta$-Bi/Si的硅板结构畸变最小。这意味着当与$\alpha$-砷烯和$\beta$-铋烯集成时，硅板在带隙中产生的表面态密度较低，表明表面钝化更好。总体而言，我们的分析表明$\alpha$-As是钝化电子选择性层的最佳候选，而$\beta$-Bi可能是钝化空穴选择性层的有前景的候选。