Cu2XSiS4 (X = Ge, Sn, 和 Pb) 材料用于光伏电池：DFT+SCAPS-1D 仿真
材料科学
2025-09-26 v1
摘要
通过密度泛函理论（DFT）第一性原理方法，广泛研究了 I2-II-IV-VI4 类型的基于铜的四价碲化物 Cu 2 XSiS 4（X = Ge、Sn、Pb）。我们首次报告了 Ge 和 Sn 替换在二价阳离子位点的研究，其潜在应用于光伏领域。计算了结构、电子、光学和机械性质。通过计算弹性常数、形成能以及在 300 K 下的总势能（从 ab initio 分子动力学（MD）仿真中获得），验证了结构和热力学稳定性。我们所研究的化合物表现出 1.0--1.56 eV 范围内的间接带隙，适合通过捕获阳光进行能量收集。可见光区域吸收峰的存在补充了其在光伏应用中的潜力。为了进一步验证，我们设计了一个异构结构（FTO/TiO2/Cu2XSiS4/CuO/Au）太阳能电池模型，通过求解泊松方程和连续方程来获得 I-V 特性，用 SCAPS-1D 进行数值仿真。所有用于 SCAPS-1D 太阳能电池仿真的输入参数均取自 DFT 计算结果。对应的功率转换效率（PCE, %）分别为 X=Ge、Sn、Pb 时分别为 23.46%、23.29% 和 22.60%（室温下）。Ge 基体系统表现出最高的 %，因为其带隙值位于太阳光谱的可见光范围内。因此，我们报告称 Ge 基化合物可能作为异构结构太阳能电池中的有力吸收层。
关键词
引用
@article{arxiv.2509.20845,
title = {Cu2XSiS4 (X = Ge, Sn, and Pb) materials for solar-cell applications: A DFT+SCAPS-1D simulation},
author = {H. Laltlanmawii and L. Celestine and R. Zosiamliana and B. Chettri and S. Bhattarai and K. C. Bhamu and D. P. Rai},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.20845},
year = {2025}
}