通过向Cu₂ZnSiSe₄中掺杂VA族元素（N、P、As和Sb）制备中间带隙太阳能电池材料

摘要： 采用基于密度泛函理论的杂化泛函方法研究了VA族（N、P、As和Sb）掺杂Cu2ZnSiSe4合金的电子结构和光学性质。较小的晶格畸变和形成能表明这些合金在实验中具有很高的合成可能性。每种掺杂合金的能带结构中都出现了一个孤立的、部分填充的中间能带（IB）。掺杂诱导的IB主要由掺杂VA族原子的s态和四个相邻Se原子的p态贡献，八个Cu原子的d态贡献较小。IB的存在显著提高了吸收系数，在可见光范围内出现了两个额外的吸收峰。对于P、As和Sb掺杂的Cu2ZnSiSe4合金，不仅价带顶到导带底的带隙，而且价带顶到IB的子带隙都非常接近可见光吸收的最佳值。因此，这些合金被认为是IB太阳能电池材料的良好候选材料。