非真空合成方法中 CuIn$_{1-x}$Ga$_x$Se$_{2}$ 碳杂质的第一性原理研究

本文对 CuIn$_{1-x}$Ga$_x$Se$_{2}$ 中碳杂质的结构和电子性质进行了第一性原理研究。碳存在于非真空生长方法所用前驱体溶液的有机分子中，相比传统真空方法，能更有效地利用材料、时间和能量。利用混合 HSE06 泛函计算了多种碳杂质的形成能。在 CuInSe$_{2}$ 中，C$_{\mathrm{Cu}}$ 表现为浅施主，而 C$_{\mathrm{In}}$ 和间隙 C 产生深施主能级；而在 CuGaSe$_{2}$ 中，C$_{\mathrm{Ga}}$ 和间隙 C 则表现为深受主 - 施主复合缺陷（amphoteric defects）。因此，若存在这些缺陷，它们会通过补偿受主能级降低多数载流子（空穴）浓度，并成为光生少数载流子（电子）的陷阱态。然而，即使在富碳生长条件下，所计算碳杂质的形成能也很高。因此，这些杂质不太可能形成，很可能会被排出至晶间区域并离开吸收层。