孤对电子效应对 Cu$_2$ZnSnS$_4$ 太阳能电池中载流子俘获的影响
材料科学
2019-08-01 v1
摘要
黄锡矿薄膜太阳能电池的性能受限于由缺陷介导的电子–空穴复合引起的低开路电压。我们从第一性原理计算了 CuZnSnS (CZTS) 中深能级点缺陷的非辐射载流子俘获截面与 Shockley-Read-Hall 复合系数。虽然在化学计量 CZTS 中 Sn 的氧化态为 +4，惰性孤对电子(5)的形成将氧化态降低至 +2。孤对电子的稳定性抑制了某些点缺陷的电离，从而在带隙中诱发电荷跃迁能级。我们发现与孤对电子缺陷中心相关的大晶格畸变源于 Sn(II) 与 Sn(IV) 离子半径的差异。深陷阱能级与大晶格畸变的结合促进了高效的非辐射载流子俘获，其俘获截面超过 cm。结果凸显了氧化还原活性阳离子与形成巨型载流子陷阱的“杀手”缺陷中心之间的联系。这一孤对电子效应将与其它含 n 阳离子的新兴光伏材料相关。
引用
@article{arxiv.1810.11259,
title = {Lone-pair effect on carrier capture in Cu$_2$ZnSnS$_4$ solar cells},
author = {Sunghyun Kim and Ji-Sang Park and Samantha N. Hood and Aron Walsh},
journal= {arXiv preprint arXiv:1810.11259},
year = {2019}
}