硅太阳能电池中的费米能级与光驱动缺陷产生
材料科学
2025-01-14 v1
摘要
氢化非晶硅 (a-Si:H) 长期以来一直作为 c-Si 的钝化介电层，在集成电路 (ICs) 的早期开发中常被使用，近期则用于硅太阳能电池。尽管对其研究已超过 60 年，但关于其材料特性的若干问题仍未解决，包括光致退化以及费米能级对氢迁移率的依赖。在此，我们利用基于电子结构的计算来研究这些现象的起源。首先，我们利用密度泛函理论 (DFT) 和微动弹性带 (NEB) 方法研究 p 型、本征和 n 型 a-Si:H 中通过 Si-H 键断裂产生缺陷的过程。我们发现，控制该缺陷产生的能垒表现出与实验研究中观察到的相同的不对称降低，即 p 型降低约 0.3 eV，n 型降低约 0.1 eV。随后，我们基于过渡态处的局部库仑相互作用建立了一个模型，该模型提供了令人信服的证据，表明这种不对称性源于间隙 H 产生的高能施主态。最后，我们结合 NEB 与约束密度泛函微扰理论 (c-DFPT) 重复了 Si-H 键断裂分析，以模拟光照下 a-Si:H 中的缺陷产生动力学。在此我们发现，电子-空穴对产生了一种综合效应，使能垒降低了约 0.4，这与实验观察结果高度吻合。
引用
@article{arxiv.2501.06667,
title = {Fermi Level and Light Driven Defect Generation in Silicon Solar Cells},
author = {Andrew Diggs and Zitong Zhao and Adam Goga and Zachary Crawford and Gergely T. Zimanyi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.06667},
year = {2025}
}