CdGa2Te4 和 ZnGa2Te4 硫化物化合物光伏器件的设计与建模：DFT 研究及 SCAPS-1D 模拟
材料科学
2025-10-21 v3
摘要
我们使用第一性原理 DFT 计算研究了 CdGa2Te4 和 ZnGa2Te4 的电子与光学性质。采用 GGA-PBESol 功能计算带隙。两种材料因在可见光区具有约为 1 的大面积吸收系数 (10^4 cm^-1) 而具备光伏应用前景。它们具有较低的激子结合能 (18.85-26.81 meV)、较大的波尔半径 (23-34.3 Å) 和适中的激子温度 (218-311 K)，这些特征有利于光伏应用。采用 SCAPS-1D 工具对薄膜器件进行仿真，器件结构为 Pt/CdS/CdGa2Te4/Cu2O/Ti 和 Pt/CdS/ZnGa2Te4/Cu2O/Ti。我们研究了层厚度、掺杂浓度 (浅层掺杂/掺杂) 和缺陷密度对器件性能的影响。发现 XGa2Te4 (X = Cd, Zn) 的最佳吸收层厚度为 1000-1800 nm，CdS 缓冲层约为 100 nm。若要实现效率超过 20%，CdGa2Te4 和 ZnGa2Te4 吸收层的缺陷密度应保持在 1.772 x 10^13 cm^-3 以下。最佳仿真结果显示，CdGa2Te4 和 ZnGa2Te4 基太阳能电池的效率分别为 18.46% 和 17.35%。
关键词
引用
@article{arxiv.2510.05424,
title = {Design and Modeling of CdGa2Te4 and ZnGa2Te4 Chalcogenide Compound-Based Photovoltaic Devices: A DFT Study along with SCAPS-1D Simulation},
author = {Md Hasan Shahriar Rifat and Tanvir Khan and Md Arafat Hossain Shourov and Md Sahat Bin Sayed and Md Saiful Islam},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.05424},
year = {2025}
}
备注
33 pages, 8 figures