薄膜太陽能電池中半導(dǎo)體電極熱電性質(zhì)的第一性原理研究.pdf

1、In2O3是典型的透明導(dǎo)電氧化物(Transparent Conductive Oxides，TCOs)之一，由于同時(shí)具有高的電導(dǎo)和可見光透過率被大量使用在薄膜太陽能電池的透明電極用作窗口層；為了降低薄膜太陽能電池背接觸金屬電極的電勢，通常采用半導(dǎo)體化合物p-ZnTe作為過渡電極，R(Sn，Pb)xZn(1-x)Te合金體系中的Pb0.25Zn0.75Te三元合金材料具有與太陽可見光光譜相匹配帶隙(1.38eV)且易進(jìn)行n型摻雜，與p-

2、ZnTe組合形成異質(zhì)結(jié)，理論上可作為一種新的太陽能電池的背接觸電極使用一本文研究材料的選取就是基于這兩種應(yīng)用于薄膜太陽能電池的窗口層和背接觸層的兩種半導(dǎo)體電極。
　　關(guān)于In2O3的帶隙問題一直存在爭議。我們采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算了In2O3體材料的能帶結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，證明它是直接帶隙氧化物，并且得到它的基本帶隙與光學(xué)帶隙，闡述了它們之間差異形成的原因：由于量子躍遷的Laporte選率決定它的г點(diǎn)的由VBM到CBM的

3、電子躍遷是禁阻的，而符合躍遷條件的能量在低于VBM約0.7eV開始。
　　透明氧化物材料的載流子遷移率比較高，所以In2O3是具有高ZT因子的性質(zhì)較優(yōu)的熱電材料之一。我們利用第一性原理方法及半經(jīng)典的波爾茲曼理論方法計(jì)算研究了純In2O3在300K室溫下的熱電性質(zhì)及在不同的確定載流子濃度下各熱電系數(shù)隨溫度的變化情況。我們發(fā)現(xiàn)在常溫下p型導(dǎo)電機(jī)制下的較高的濃度區(qū)域內(nèi)會(huì)有相對較好的熱電效率，而在n型導(dǎo)電機(jī)制下較低濃度范圍內(nèi)的ZT會(huì)比較大

4、。而溫度的提高對功率因子和電子熱導(dǎo)都同時(shí)具有加強(qiáng)作用。
　　基于太陽能電池背接觸電極的應(yīng)用，通過第一性原理和半經(jīng)驗(yàn)的波爾茲曼輸運(yùn)理論我們計(jì)算了R(Sn，Pb)ZnTe三元合金體系的表征熱電性質(zhì)的品質(zhì)ZT因子。總的來說，除了在較低濃度范圍內(nèi)的n型導(dǎo)電機(jī)制下外，各體系的ZT因子要比純的ZnTe的值小。在大部分濃度范圍內(nèi)p型導(dǎo)電機(jī)制下的ZT要大于n型。在p型導(dǎo)電情況下，同一載流子濃度下，基本上各R(Sn，Pb)ZnTe體系的ZT隨著R含