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掺杂非晶氧化硅薄膜中三元化合态与电子结构的第一性原理计算

万亚州 高明 李勇 郭海波 李拥华 徐飞 马忠权

掺杂非晶氧化硅薄膜中三元化合态与电子结构的第一性原理计算

万亚州, 高明, 李勇, 郭海波, 李拥华, 徐飞, 马忠权
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  • 基于密度泛函理论和分子动力学方法,研究了ITO-SiOx(In,Sn)/n-Si异质结光伏器件中非晶SiOx层的氧化态和电子结构.计算结果表明:具有钝化隧穿功能的超薄(x层,是由In,Sn,O,Si四种元素相互扩散形成的,其中In,Sn元素在SiOx网格中以In–O–Si和Sn–O–Si成键态存在,形成了三元化合物.In和Sn的掺杂不仅在SiOx的带隙中分别引入了Ev+4.60 eV和Ev+4.0 eV两个电子能级,还产生了与In离子相关的浅掺杂受主能级(Ev+0.3 eV).这些量子态一方面使SiOx的性能得到改善,在n-Si表面形成与反型层相衔接的p-型宽禁带“准半导体”,减少了载流子的复合,促进了内建电场的建立.另一方面有效地降低了异质结势垒高度,增强了ITO-SiOx(In,Sn)/n-Si光伏器件中光生非平衡载流子的传输概率,促进了填充因子的提升(>72%).
      通信作者: 马忠权, zqma@shu.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61674099,61274067,60876045)和索朗光伏材料与器件R&D联合实验室基金(批准号:SS-E0700601)资助的课题.
    [1]

    Heng J B, Yu C T, Xu Z, Fu J M 2012 US Patent 0272012 A1

    [2]

    Feldmann F, Bivour M, Reichel C, Steinkemper H, Hermle M, Glunz S W 2014 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 131 46

    [3]

    Liu Y Y, Stradins P, Deng H X, Luo J W, Wei S H 2016 Appl. Phys. Lett. 108 022101

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    Ma Z Q, Du H W, Yang J, Gao M, Chen S M, Wan Y Z 2016 Mater. Today:Proceedings 3 454

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    Du H W, Yang J, Li Y H, Xu F, Xu J, Ma Z Q 2015 Appl. Phys. Lett. 106 093508

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    Farnesi C M, Reiner J C, Sennhauser U, Schlapbach L 2007 Phys. Rev. B 76 125205

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    Kresse G, Furthmller J 1996 Comp. Mater. Sci. 6 15

    [9]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

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    [11]

    Zhao B Q, Zhang Y, Qiu X Y, Wang X W 2015 Acta Phys. Sin. 64 124210(in Chinese)[赵佰强, 张耘, 邱晓燕, 王学维2015物理学报 64 124210]

    [12]

    Bénédicte D, Stefaan D W, Antoine D, Zachary C H, Christophe B 2012 Appl. Phys. Lett. 101 171604

    [13]

    Løvvik O M, Diplas S, Romanyuk A, Ulyashin A 2014 J. Appl. Phys. 115 083705

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    Lee H M, Kang S B, Chung K B, Kim H K 2013 Appl. Phys. Lett. 102 021914

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    Johannes S, Alfredo P, Roberto C 1995 Phys. Rev. B 52 12690

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    Han D, West D, Li X B, Xie S Y, Sun H B, Zhang S B 2010 Phys. Rev. B 82 155132

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    Reid A F, Li C, Ringwood A E 1977 J. Solid. State. Chem. 20 219

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    Dabney W S, Antolino N E, Luisi B S, Richard A P, Edwards D D 2002 Thin Solid Films 411 192

    [21]

    Karazhanov S Z, Ravindran P, Grossner U 2011 Thin Solid Films 519 6561

    [22]

    Gao M, Du H W, Yang J, Chen S M, Xu J, Ma Z Q 2015 Chin. Sci. Bull. 60 1841(in Chinese)[高明, 杜汇伟, 杨洁, 陈姝敏, 徐静, 马忠权2015科学通报 60 1841]

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-03-17
  • 修回日期:  2017-05-27
  • 刊出日期:  2017-09-20

掺杂非晶氧化硅薄膜中三元化合态与电子结构的第一性原理计算

  • 1. 上海大学理学院物理系, 索朗光伏材料与器件R&D联合实验室, 上海 200444;
  • 2. 上海大学材料科学与工程学院, 上海 200444;
  • 3. 上海大学分析测试中心, 上海 200444
  • 通信作者: 马忠权, zqma@shu.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61674099,61274067,60876045)和索朗光伏材料与器件R&D联合实验室基金(批准号:SS-E0700601)资助的课题.

摘要: 基于密度泛函理论和分子动力学方法,研究了ITO-SiOx(In,Sn)/n-Si异质结光伏器件中非晶SiOx层的氧化态和电子结构.计算结果表明:具有钝化隧穿功能的超薄(x层,是由In,Sn,O,Si四种元素相互扩散形成的,其中In,Sn元素在SiOx网格中以In–O–Si和Sn–O–Si成键态存在,形成了三元化合物.In和Sn的掺杂不仅在SiOx的带隙中分别引入了Ev+4.60 eV和Ev+4.0 eV两个电子能级,还产生了与In离子相关的浅掺杂受主能级(Ev+0.3 eV).这些量子态一方面使SiOx的性能得到改善,在n-Si表面形成与反型层相衔接的p-型宽禁带“准半导体”,减少了载流子的复合,促进了内建电场的建立.另一方面有效地降低了异质结势垒高度,增强了ITO-SiOx(In,Sn)/n-Si光伏器件中光生非平衡载流子的传输概率,促进了填充因子的提升(>72%).

English Abstract

参考文献 (22)

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