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

1、人類社會的進步往往伴隨著常規(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題。世界各國把開發(fā)和利用清潔能源作為以后的一個重要發(fā)展目標。太陽能因其獨特的性能（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薄膜太陽能電池屬于典型的層狀結構，而 CdS作為使用較多的緩沖層材料不僅具有獨特的優(yōu)勢同時也存在著致命的缺陷：即CdS

2、中有對環(huán)境有害的元素 Cd。Cd元素的不恰當處理，不僅會引起生態(tài)環(huán)境的破壞，也會危及人類的健康。為了降低 Cd的使用量，人們主要從兩個方面來改進電池的緩沖層材料：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）來摻雜取代Cd；另一方面采用其他材料（如 ZnS、ZnSe、ZnO、(Zn。Mg)O、In2S3、In(OH)3）來替代 CdS。
　　本論文采用第一性原理的方法對CdS、ZnS的閃鋅礦（ZB）和纖鋅礦結構（

3、WZ）及纖鋅礦結構的ZnO進行優(yōu)化并計算了這幾種體系的能帶結構和態(tài)密度。計算結果與他人的較為一致，這就說明我們的參數設置是合理的。我們首次采用第一性原理結合集團展開技術和蒙特卡洛模擬的方法計算了 ZB和 WZ結構的Cd1-xZnxS及 WZ結構的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型的形成能均為正值，這就表示它們都有相分離的趨勢。ZB和 WZ結構的Cd1-xZnxS及 WZ結構的ZnOxS1-x合金的混溶間隙

4、相圖的會溶溫度 Tc分別為604K、655K和3168K，對應的成分點 xc分別為0.695、0.646和0.5。說明前兩個合金體系的混溶間隙曲線是非中心對稱的，而后者的混溶間隙曲線呈中心對稱狀。我們計算了不同溫度下 Cd、Zn原子在 ZB和 WZ結構的Cd1-xZn xS合金體系中以及O原子和 S原子在纖鋅礦結構的ZnOxS1-x合金體系中的分布情況。結果表明，在低溫下，這幾種結構的合金體系有相分離的現象，這和我們計算的各自的混溶間隙