缺陷容忍材料的文献分析
(2023-08-22 16:05:25)分类: 太阳能电池研究 |
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高载流子寿命、容错太阳能吸收器的高通量计算搜索
太阳能吸收器是太阳能电池中的关键部件,因为它可以捕获光子并将它们转化为电子-空穴对。其效率由载流子寿命驱动,后者由涉及缺陷的肖克利-雷德-霍尔非辐射工艺控制。在这里,我们提出了一种从头开始的高通量筛选方法,以寻找新的高效光伏吸收体,同时考虑到载流子寿命和通过缺陷的重组。我们首先表明我们的方法可以区分低效和高效的太阳能吸收器。然后,我们使用我们的方法在超过
7000 种铜基已知材料中识别出少量的缺陷容忍、高载流子寿命和吸收剂。我们强调 K 3 Cu 3 P 2和 Na2
CuP,因为它们结合了地球丰富的资源和高效率的潜力。对我们的数据的进一步分析阐明了发现基于铜的太阳能吸收器的两个挑战:降低载流子寿命的深反位缺陷和导致金属行为的低形成能铜空位。碱金属磷化铜和
pnictides 提供了解决这两个问题的独特化学方法。
用于高性能光电材料的三元硫族化合物的加速筛选
硫族化物是指硫族阴离子,在光电子学、热电学、透明触点和薄膜晶体管等多个应用领域引起了广泛关注。与氧化物对应物相比,硫族化物表现出更高的迁移率和
\textit{p} 型掺杂性,这是由于金属-X 共价化学键和 p
轨道衍生的高能价带之间更大的轨道重叠。尽管硫属化物具有潜力,但与氧化物相比,成功合成的化合物的数量仍然相对较少,这表明存在许多具有迷人物理特性的未开发硫属化物。在这项研究中,我们实施了一个系统的高通量筛选过程,结合使用
34 个晶体结构原型的三元硫族化物的第一性原理计算。我们利用元素周期表中元素在不同原子位点的离子取代方法,生成了一个包含超过
400,000 种化合物的计算材料数据库。使用开放量子材料数据库中包含的硫族化物验证了候选材料的热力学稳定性。此外,我们训练了一个基于
Crystal Graph
卷积神经网络的模型来预测新型材料的热力学稳定性。此外,我们在理论上使用精确的混合泛函评估了稳定候选者的电子结构。一系列深入的特征,包括载体有效质量,还研究了电子配置和光伏转换效率。我们的工作为进一步的实验研究提供了有用的指导,以合成和表征这些硫族化物作为有希望的候选者,以及绘制三元硫族化物的稳定性和光电性能图表。
通过设计走向光伏铁电材料:最新进展和展望
摘要
在光伏器件中使用结合了铁电和光捕获特性的光铁性材料是显着提高太阳能电池效率的一条有希望的途径。由于自发的本征极化和畴壁的形成,这些材料不需要形成
ap-n
结,并且可以产生远高于带隙值的光电压。从这个角度,我们讨论了这些材料合成的最新实验进展和挑战,以及使用高通量方法对新型光铁材料的理论发现。
深入了解用于太阳能转换的 CsGeI3 中的铁电特性和光伏特性之间的关系
同时表现出自发极化和吸收可见光的氧化物和卤化物钙钛矿等材料被称为光电铁电体。它们在光电子、信息存储和能量转换等领域的应用发展前景广阔。由于强大的内部电场,基于铁电光伏材料的器件产生的开路电压远高于相应活性材料的带隙。他们的效率已被提议超过理想太阳能电池的
Shockley-Queisser 极限。在本文中,我们提出了无机卤化锗钙钛矿 (CsGeI3)
铁电相光伏特性的理论计算。首先是电子,分别使用基于密度泛函理论的 FP-LAPW 方法和基于 Berry
相方法的现代偏振理论计算了光学和铁电特性。基于第一性原理计算的结果,使用光谱有限最大效率 (SLME)
模型评估光伏性能,其中估计了功率转换效率和光电流密度-电压 (JV) 特性。计算结果表明,CsGeI3 的价带最大值(VBM)主要由
I-5p 和 Ge-4s 轨道贡献,而导带主要来自 Ge-4p 轨道。可以看出,CsGeI3 在 Z
的对称点处表现出直接带隙半导体,值为 1.53 eV,这与之前的实验结果非常吻合。因此研究了铁电性能。凭借每个原子 19.83 meV
的转换能垒,CsGeI3 具有更高的理论铁电极化强度 15.82 μC
cm-2。SLME计算也表明CsGeI3具有超过28%的高光电转换效率。除了证实它们已建立的有利带隙和强吸收外,我们还证明了
CsGeI3 在可见光区域表现出高达 40 μA V-2
的大位移电流体光伏效应。因此,该材料是一种潜在的高效铁电光伏吸收层。CsGeI3 具有更高的理论铁电极化强度,为 15.82 μC
cm-2。SLME计算也表明CsGeI3具有超过28%的高光电转换效率。除了证实它们已建立的有利带隙和强吸收外,我们还证明了
CsGeI3 在可见光区域表现出高达 40 μA V-2
的大位移电流体光伏效应。因此,该材料是一种潜在的高效铁电光伏吸收层。CsGeI3 具有更高的理论铁电极化强度,为 15.82 μC
cm-2。SLME计算也表明CsGeI3具有超过28%的高光电转换效率。除了证实它们已建立的有利带隙和强吸收外,我们还证明了
CsGeI3 在可见光区域表现出高达 40 μA V-2
的大位移电流体光伏效应。因此,该材料是一种潜在的高效铁电光伏吸收层。
Assessing the Impact of Defects on Lead-Free
Perovskite-Inspired Photovoltaics via Photoinduced Current
Transient Spectroscopy
卤化铅钙钛矿光伏技术的迅猛发展推动了对具有相关光电特性但没有毒性限制的无铅钙钛矿启发材料 (PIM) 的探索。PIM
的光伏性能密切依赖于它们的缺陷容限。然而,迄今为止尚未对其缺陷级参数(浓度、能量深度和捕获截面)进行全面的实验表征,这阻碍了缺陷容忍
PIM 的合理开发。虽然用于缺陷级表征的主流基于电容的技术在卤化铅钙钛矿研究中引发了争议,但由于其典型的近本征特性,它们在 PIM
上的使用也存在问题。本研究展示了四种代表性 PIM(Cs 3 Sb2 I 9、Rb 3 Sb 2 I 9、BiOI 和 AgBiI
4) 为此,光致电流瞬态光谱 (PICTS) 为嵌入太阳能电池中的 PIM
的缺陷级表征提供了一种简便、广泛适用的途径。除了当前讨论的缺陷容限的含糊不清之外,还提出了一种方法,可根据实验缺陷级别参数定量评估光伏中
PIM 的缺陷容限。最后,显示应用于 PIM 光伏的 PICTS 最终对 <1 ppb 的缺陷级浓度敏感。因此,本研究为 PIM
和相关吸收体的缺陷级表征提供了一个通用平台,可以促进绿色、高性能光伏的发展。
使用尿素对溶液法衍生的薄膜进行氮化制备 Cu3N 薄膜
https://link.springer.com/article/10.1007/s10971-021-05685-w?utm_source=xmol&utm_medium=affiliate&utm_content=meta&utm_campaign=DDCN_1_GL01_metadata
氮化铜:一种多功能半导体,具有巨大的下一代光伏应用潜力
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