【摘要】：隨著化石燃料引起的能源消耗和環(huán)境問(wèn)題的增加,在現(xiàn)代社會(huì)中探索和利用清潔可再生能源已迫在眉睫。太陽(yáng)能具有無(wú)污染,分布廣,可再生資源等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是解決能源和環(huán)境問(wèn)題的最終途徑。太陽(yáng)能電池是利用太陽(yáng)能的最有效和最直接的方式。太陽(yáng)能電池已經(jīng)從晶體硅太陽(yáng)能和薄膜太陽(yáng)能電池發(fā)展到第三代新型太陽(yáng)能電池。其中,中間帶太陽(yáng)能電池是第三代太陽(yáng)能電池中最為熱門(mén)的一種,中間帶太陽(yáng)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(shí)現(xiàn)三光子吸收過(guò)程,從而吸收效率可以超過(guò)單帶隙太陽(yáng)能電池的Shockley-Queisser極限。本文的具體研究?jī)?nèi)容如下:1、通過(guò)第一性原理計(jì)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(lái)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(yáng)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(yáng)能電池的器件。2、通過(guò)第一性原理計(jì)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(jì)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(gè)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(guò)比較計(jì)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(kuò)大。同時(shí),我們計(jì)算了缺陷形成能,以評(píng)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(jìn)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(yáng)能電池吸收材料。我們計(jì)算出Cu2BaSnS4有一個(gè)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(kuò)大。缺陷形成能的計(jì)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(jià)陽(yáng)離子合金是將兩個(gè)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(yáng)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(yáng)能電池獲得較高的開(kāi)路電壓，中間帶必須是離散的，因?yàn)檫@電池的開(kāi)路電壓只由整個(gè)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(shí)存在電子和空穴，才可以有效接收向?qū)峁╇娮�，，從而能�?shí)現(xiàn)三光子的吸收過(guò)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(gè)逡逑額外的峰。第一個(gè)峰是從－９．０ｅＶ到－７．０ｅＶ，其序列為Ｇｅ＜Ｓｉ＜Ｓｎ。另一個(gè)峰位于主帶隙逡逑中，序列為Ｇｅ＜Ｓｎ＜Ｓｉ，其對(duì)應(yīng)于中間帶。逡逑為了知道丨Ｂ的來(lái)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(méi)有改逡逑變。由于費(fèi)米能級(jí)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(gè)附加的峰都主要來(lái)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(lái)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4

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本文編號(hào)：2690240