《CdTe多晶薄膜中的位錯和晶界及其對光電性能的影響研究》是依託西安交通大學，由伍葉龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：CdTe多晶薄膜中的位錯和晶界及其對光電性能的影響研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：伍葉龍
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
CdTe多晶薄膜是一種具有極好套用前景的高效率廉價的薄膜太陽能電池材料。材料中的位錯和晶界被認為是影響其效率提高的關鍵性因素，但它們的電學活性至今還沒有達到共識，實驗上也存在一些與傳統材料當中相悖且不能解釋的現象。本項目計畫通過第一性原理計算系統研究CdTe多晶薄膜中的位錯和晶界的主要的微觀結構，以及其對光電性能的影響，特別關注雜質在晶界和位錯處的集聚效應。提煉出各種位錯和晶界所共有的最小微觀結構重複單元，研究其在材料光電性能中所扮演的角色，對實驗上發現的目前還無法解釋的位錯和晶界所導致的光電性能的變化給出合理的解釋。通過對CdTe多晶薄膜的研究，抽象出一些具有一定普適性的多晶薄膜中缺陷對性能影響的結論，為其它類似材料提供參考借鑑。
結題摘要
通過第一性原理計算系統研究了CdTe多晶薄膜中的各種位錯和晶界的原子結構和電子屬性、位錯和晶界對材料光電性能的影響，以及利用摻雜等手段改善位錯和晶界的電學性質來提高基於CdTe多晶薄膜太陽能電池的光伏性能。計算表明，位錯的中心存在懸掛鍵，但是由於位錯之間存在能帶彎曲，導致了電子和空穴的分離，使得這些位錯中心並不是電荷的複合中心，這是極其反常的現象。接下來研究了30° Shockley 分位錯對的湮滅過程。結果發現該位錯對的滑移勢壘很小，證實了這種湮滅現象可以很容易發生。還發現位錯對之間的電荷轉移所引起的能帶彎曲強烈依賴於錯位對之間的間距，當間距大於2.5納米左右，彎曲的程度將不再變化。通過對雜質原子O、Cu 和Cl 分凝能的計算得到30° Shockley 分位錯對對雜質的分凝現象不明顯。另外，對晶界的雜質分凝現象做了系統的研究，我們發現CdTe本徵晶界會在能帶當中產生很深的缺陷能級，成為所謂的非輻射複合中心，然而分凝到晶界處的S、Cu 和Cl能很好的移除這些深能級，從而改善材料的光伏特性。還發現Cl會在晶界處聚集， 導致晶界成為n型，與晶界內部形成一個本地局域的pn節，因而促進電子空穴對的分離。這種機理可以廣泛用於解釋摻Cl的CdTe太陽能電池高效率的原因。另外，相關的結果成功推廣到了具有類似結構的ZnO材料當中，通過引入低能量的缺陷對ZnO的表界面進行裁剪而改善其光電性能。
