用于高效太阳能电池的离子尖晶石半导体的结构稳定性与缺陷容忍性
材料科学
2021-05-05 v2
摘要
缺陷容忍性与结构稳定性之间的不兼容是阻碍高效太阳能电池广泛应用的一个严峻问题。通常，以 Si/CdTe 晶体为原型的共价/极性半导体因其紧密组成的四面体构筑块而展现出极佳的结构稳定性，但由于组成元素电负性相近而呈现极差的缺陷容忍性。相反，离子半导体如钙钛矿系列，因阴阳离子间电负性差异巨大而总是呈现本征缺陷的良性电子性质，但却因由大阳离子支撑的稀疏组成的八面体构筑块而结构不稳定。结合共价半导体的稳定框架与离子化合物的良性缺陷，我们发现 HgX2S4 (X=In, Sc 和 Y) 尖晶石半导体兼具二者优点。紧密连结的四面体与八面体块确保了结构稳定性，而主要由 Hg-6s 与 S-3p 轨道分别主导导带底(CBM)与价带顶(VBM)的离子特性带边使 HgX2S4 具有缺陷容忍性。由空间延展的 Hg-6s 球形轨道引起的 CBM 显著向下弯曲，不仅诱导了在离子化合物中常过大的合适光学带隙，也促进了 n 型载流子的形成与输运。本研究指出汞基硫族尖晶石是高效太阳能电池的有前途候选，并建议在尖晶石晶体框架下采用具有离域轨道的阳离子是合成稳定且缺陷容忍光伏材料的一种替代途径。
引用
@article{arxiv.2103.12927,
title = {Structural Stability and Defect-Tolerance of Ionic Spinel Semiconductor for High-Efficiency Solar Cells},
author = {Hanzhen Liang and Huiwen Xiang and Rui Zhu and Chengyan Liu and Yu Jia},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.12927},
year = {2021}
}
备注
9 figures, 22 pages