發(fā)布時間：2020-05-31 17:55

【摘要】：隨著化石燃料引起的能源消耗和環(huán)境問題的增加,在現(xiàn)代社會中探索和利用清潔可再生能源已迫在眉睫。太陽能具有無污染,分布廣,可再生資源等優(yōu)點,被認(rèn)為是解決能源和環(huán)境問題的最終途徑。太陽能電池是利用太陽能的最有效和最直接的方式。太陽能電池已經(jīng)從晶體硅太陽能和薄膜太陽能電池發(fā)展到第三代新型太陽能電池。其中,中間帶太陽能電池是第三代太陽能電池中最為熱門的一種,中間帶太陽能電池的主要原理為在吸收材料的主帶隙中插入中間帶以實現(xiàn)三光子吸收過程,從而吸收效率可以超過單帶隙太陽能電池的Shockley-Queisser極限。本文的具體研究內(nèi)容如下:1、通過第一性原理計算研究了 IV族元素(Si,Ge和Sn)摻雜在AgAlSe2的A1位,其在主帶隙中形成了離散的半滿中間帶。半滿中間帶來自于IV元素的s態(tài)和Se-p態(tài)的反鍵態(tài),并顯示出電子非局域的特征。在分析了中間帶位置和缺陷形成能的基礎(chǔ)上,排除了 Si摻雜的AgAlSe2,并且建議使用Ge和Sn摻雜的AgAlSe2作為中間帶太陽能電池的有潛力的吸收材料。在考慮晶格常數(shù)和帶階之后,提出了CuAlTe2,AgAlSe2:Sn和CdS組成的異質(zhì)結(jié)作為中間帶太陽能電池的器件。2、通過第一性原理計算研究了所考慮的四元化合物的電子結(jié)構(gòu),能帶結(jié)構(gòu),光學(xué)性質(zhì)和形成能。我們計算出Cu2ZnSnS4,Cu2ZnGeS4,Ag2ZnSnS4和 Ag2ZnGeS4的帶隙分別為 1.77eV,2.38eV,1.99eV和2.49eV。在具有32個原子的超晶胞中摻雜Sb之后,形成由Cu-d態(tài),S-p態(tài)和Sb-p態(tài)組成的離散的半滿中間帶。通過比較計算的純化合物和摻雜后化合物的光學(xué)性質(zhì),我們發(fā)現(xiàn)由于中間帶的產(chǎn)生,吸收效率大大提高,吸收范圍也擴大。同時,我們計算了缺陷形成能,以評估大濃度摻雜的可能性。結(jié)果表明,在貧Sn或貧Ge條件下,在Cu2ZnSnSo Cu2ZnGeS4,Ag2ZnSnS4和Ag2ZnGeS4中進行Sb摻雜具有較低的形成能,可以誘導(dǎo)出理想的子帶隙。3.我們研究了Sb摻雜Cu2BaSnS4作為中間帶太陽能電池吸收材料。我們計算出Cu2BaSnS4有一個為2.08eV的間接帶隙。在摻雜之后,形成由Cu-d態(tài),S-p態(tài)和Sb-p態(tài)組成的半滿中間帶。由于中間帶的產(chǎn)生,吸收效率大大提高,吸收范圍也擴大。缺陷形成能的計算數(shù)據(jù)顯示在中等Cu,貧Ba,貧Sn和富S條件下,Sb摻雜Cu2BaSnS4具有較低的形成能。此外,我們證明了等價陽離子合金是將兩個子帶隙調(diào)節(jié)到所需寬度的可行方法�？傊�,我們建議Sb摻雜Cu2BaSnS4作為IBSCs的有潛力的吸收材料。
【圖文】：

學(xué)碩士學(xué)位論文邐中間帶太陽能？電池吸收材料的理論研究：基于第一性原要是離散的ｍ逡逑保證太陽能電池獲得較高的開路電壓，中間帶必須是離散的，因為這電池的開路電壓只由整個光伏材料的光學(xué)帶隙寬度決定。逡逑要是半滿的１８１逡逑中間帶是半滿的，中間帶才能同時存在電子和空穴，才可以有效接收向?qū)峁╇娮�，，從而能實現(xiàn)三光子的吸收過程。逡逑

ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ．邋Ｔｈｅ邋ａｖｅｒａｇｅ邋ｐｏｔｅｎｔｉａｌｓ邋ｏｆ邋ｈｏｓｔ邋ｅｌｅｍｅｎｔｓ邋ｆａｒ邋ａｗａｙ邋ｆｒｏｍ邋ｔｈｅ邋ｄｏｐａｎｔ邋ａｒｅ邋ｕｓｅｄ邋ｔｏ邋ａｌｉｇｎ邋ｔｈｅ邋ＤＯＳ．逡逑Ｔｈｅ邋ｖａｌｅｎｃｅ邋ｂａｎｄ邋ｍａｘｉｍｕｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｕｒｅ邋ＡｇＡＩＳｅ：邋ｉｓ邋ｓｅｔ邋ｔｏ邋ｚｅｒｏ．逡逑圖３－１⑷和３－ｌ（ｂ）分別顯示了純的ＡｇＡｌＳｅ２和（Ｓｉ，邋Ｇｅ，邋Ｓｎ）摻雜的ＡｇＡｌＳｅ２在６．２５％逡逑和１２．５％摻雜濃度下的態(tài)密度（ＤＯＳ）�？梢郧宄赜^察到在摻雜后，ＤＯＳ中出現(xiàn)兩個逡逑額外的峰。第一個峰是從－９．０ｅＶ到－７．０ｅＶ，其序列為Ｇｅ＜Ｓｉ＜Ｓｎ。另一個峰位于主帶隙逡逑中，序列為Ｇｅ＜Ｓｎ＜Ｓｉ，其對應(yīng)于中間帶。逡逑為了知道丨Ｂ的來源，丨Ｖ族（ＳＵＧｅ和Ｓｎ）攙雜ＡｇＡｌＳｅ２邋（具有３２原子的超胞）的逡逑分波態(tài)密度（ＰＤ０Ｓ）如圖３－２所示，其證明了在摻雜后，ＶＢＭ和ＣＢＭ的組成沒有改逡逑變。由于費米能級處于中間帶的中間，所以我們所有研究的體系都呈現(xiàn)了中間帶的半滿逡逑特征。兩個附加的峰都主要來自摻雜元素的ｓ態(tài)（即Ｓｉ－３ｓ，Ｇｅ－４ｓ和Ｓｎ－５ｓ）和Ｓｅ－４ｐ逡逑態(tài)。第一系列附加峰應(yīng)來自摻雜元素的ｓ態(tài)和Ｓｅ－４ｐ態(tài)的成鍵態(tài)
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM914.4

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本文編號：2690240