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H,Cl和F原子钝化Cu2ZnSnS4(112)表面态的第一性原理计算

王小卡 汤富领 薛红涛 司凤娟 祁荣斐 刘静波

H,Cl和F原子钝化Cu2ZnSnS4(112)表面态的第一性原理计算

王小卡, 汤富领, 薛红涛, 司凤娟, 祁荣斐, 刘静波
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  • 采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统研究了Cu2ZnSnS4体相的晶格结构、能带、态密度及表面重构与H,Cl和F原子在Cu2ZnSnS4(112)表面上的吸附和钝化机理.计算结果表明:表面重构出现在以金属原子Cu-Zn-Sn终止的Cu2ZnSnS4(112)表面上,并且表面重构使表面发生自钝化;当单个H,Cl或F原子吸附在S原子终止的Cu2ZnSnS4(112)表面上时,相比于桥位(bridge)、六方密排(hcp)位和面心立方(fcc)位点,三种原子均在特定的顶位(top)吸附位点表现出最佳稳定性.当覆盖度为0.5 ML时,无论H,Cl还是F原子占据Cu2ZnSnS4(112)表面的2个顶位均具有最低的吸附能.以S原子终止的Cu2ZnSnS4(112)表面在费米能级附近的电子态主要由价带顶部Cu-3d轨道和S-3p轨道电子贡献,此即表面态.当H,Cl或F原子在表面的覆盖度达0.5 ML时,费米能级附近的表面态降低,其中H原子钝化表面态的效果最佳,Cl原子的效果次之,F原子的效果最差.表面态降低的主要原因在于吸附原子从S原子获得电子致使表面Cu原子和S原子在费米能级处的态密度峰几乎完全消失.
      通信作者: 汤富领, tfl03@mails.tsinghua.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11764027,11364025)和沈阳材料科学国家研究中心-有色金属加工与再利用国家重点实验室联合基金(批准号:18LHPY003)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-09
  • 修回日期:  2018-05-24
  • 刊出日期:  2019-08-20

H,Cl和F原子钝化Cu2ZnSnS4(112)表面态的第一性原理计算

  • 1. 兰州理工大学, 材料科学与工程学院, 省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室, 兰州 730050;
  • 2. 德克萨斯农工大学化学系, 美国德克萨斯州金斯维尔市大学大道700号, 美国 78363
  • 通信作者: 汤富领, tfl03@mails.tsinghua.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11764027,11364025)和沈阳材料科学国家研究中心-有色金属加工与再利用国家重点实验室联合基金(批准号:18LHPY003)资助的课题.

摘要: 采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统研究了Cu2ZnSnS4体相的晶格结构、能带、态密度及表面重构与H,Cl和F原子在Cu2ZnSnS4(112)表面上的吸附和钝化机理.计算结果表明:表面重构出现在以金属原子Cu-Zn-Sn终止的Cu2ZnSnS4(112)表面上,并且表面重构使表面发生自钝化;当单个H,Cl或F原子吸附在S原子终止的Cu2ZnSnS4(112)表面上时,相比于桥位(bridge)、六方密排(hcp)位和面心立方(fcc)位点,三种原子均在特定的顶位(top)吸附位点表现出最佳稳定性.当覆盖度为0.5 ML时,无论H,Cl还是F原子占据Cu2ZnSnS4(112)表面的2个顶位均具有最低的吸附能.以S原子终止的Cu2ZnSnS4(112)表面在费米能级附近的电子态主要由价带顶部Cu-3d轨道和S-3p轨道电子贡献,此即表面态.当H,Cl或F原子在表面的覆盖度达0.5 ML时,费米能级附近的表面态降低,其中H原子钝化表面态的效果最佳,Cl原子的效果次之,F原子的效果最差.表面态降低的主要原因在于吸附原子从S原子获得电子致使表面Cu原子和S原子在费米能级处的态密度峰几乎完全消失.

English Abstract

参考文献 (49)

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