Cd1-xZnxS和ZnO1-xSx合金的熱力學(xué)穩(wěn)定性研究.pdf

1、人類社會(huì)的進(jìn)步往往伴隨著常規(guī)能源的減少甚至枯竭、生態(tài)環(huán)境遭到污染和破壞等問(wèn)題。世界各國(guó)把開(kāi)發(fā)和利用清潔能源作為以后的一個(gè)重要發(fā)展目標(biāo)。太陽(yáng)能因其獨(dú)特的性能（如潔凈、取之不竭等）成為了人們的首選。其中CuIn1-xGaxS2（CIGS）薄膜太陽(yáng)能電池以其優(yōu)越的光電性能及低廉的成本成為最具前景的電池材料。
　　CIGS薄膜太陽(yáng)能電池屬于典型的層狀結(jié)構(gòu)，而 CdS作為使用較多的緩沖層材料不僅具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)同時(shí)也存在著致命的缺陷：即CdS

2、中有對(duì)環(huán)境有害的元素 Cd。Cd元素的不恰當(dāng)處理，不僅會(huì)引起生態(tài)環(huán)境的破壞，也會(huì)危及人類的健康。為了降低 Cd的使用量，人們主要從兩個(gè)方面來(lái)改進(jìn)電池的緩沖層材料：一方面在不影響甚至提高電池效率的前提下，采用其它元素（如 Zn）來(lái)?yè)诫s取代Cd；另一方面采用其他材料（如 ZnS、ZnSe、ZnO、(Zn。Mg)O、In2S3、In(OH)3）來(lái)替代 CdS。
　　本論文采用第一性原理的方法對(duì)CdS、ZnS的閃鋅礦（ZB）和纖鋅礦結(jié)構(gòu)（

3、WZ）及纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO進(jìn)行優(yōu)化并計(jì)算了這幾種體系的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度。計(jì)算結(jié)果與他人的較為一致，這就說(shuō)明我們的參數(shù)設(shè)置是合理的。我們首次采用第一性原理結(jié)合集團(tuán)展開(kāi)技術(shù)和蒙特卡洛模擬的方法計(jì)算了 ZB和 WZ結(jié)構(gòu)的Cd1-xZnxS及 WZ結(jié)構(gòu)的ZnOxS1-x合金體系的混溶間隙相圖。這幾種合金體系中的所有構(gòu)型的形成能均為正值，這就表示它們都有相分離的趨勢(shì)。ZB和 WZ結(jié)構(gòu)的Cd1-xZnxS及 WZ結(jié)構(gòu)的ZnOxS1-x合金的混溶間隙

4、相圖的會(huì)溶溫度 Tc分別為604K、655K和3168K，對(duì)應(yīng)的成分點(diǎn) xc分別為0.695、0.646和0.5。說(shuō)明前兩個(gè)合金體系的混溶間隙曲線是非中心對(duì)稱的，而后者的混溶間隙曲線呈中心對(duì)稱狀。我們計(jì)算了不同溫度下 Cd、Zn原子在 ZB和 WZ結(jié)構(gòu)的Cd1-xZn xS合金體系中以及O原子和 S原子在纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnOxS1-x合金體系中的分布情況。結(jié)果表明，在低溫下，這幾種結(jié)構(gòu)的合金體系有相分離的現(xiàn)象，這和我們計(jì)算的各自的混溶間隙