CIS薄膜太阳能电池WZ-CdS/WZ-CuInS 2 /MoS 2 界面性质的第一性原理研究

发布时间：2021-08-29 08:00

　　纤锌矿结构的Cu In S2（WZ-CIS）以其独特的光学特性,以及在实验制备中表现出灵活的化学计量学等特点,目前被认为是一种非常有前景的光电材料应用在太阳能电池的吸光层。典型的薄膜太阳能电池结构是:前电极|Zn O窗口层|Cd S缓冲层|CIS吸光层|Mo背电极|玻璃。研究发现,在CIS吸收层沉积过程中部分S原子会向Mo背电极层发生一定的扩散,结合Mo背电极层部分Mo原子,在CIS层与Mo层之间会形成一个均匀的Mo S2中间层。Mo S2层的形成有助于在CIS-Mo界面处形成一个简易的准欧姆接触,从而促进Mo与CIS之间的电传导性,这有利于改善太阳能电池装置的性能及转化效率。本文以密度泛函理论的第一性原理计算方法为基础,从原子层次上分别探讨了WZ-Cu In S2吸光层与Mo S2中间层、WZ-Cd S缓冲层之间的界面,研究了包括:界面局域晶格结构、界面结合方式、界面结合能、电荷转移情况等。研究发现,WZ-Cu In S2的（100）晶面与Mo S2的（-100）晶面、Cd S的（100）晶面可以进行良好的晶格匹配,其晶格失配度分别为3.5%、5.6%。对WZ-CIS（-100）/M... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究意义
    1.2 课题的研究背景及国内外研究现状
        1.2.1 国外研究进展
        1.2.2 国内外研究现状
    1.3 CIS薄膜太阳能电池介绍
        1.3.1 薄膜太阳能电池的基本构造
        1.3.2 电池工作原理
        1.3.3 CIS吸收层与Mo背电极层的欧姆接触
        1.3.4 金属与半导体的隧道效应
        1.3.5 太阳能电池表面和界面电子态
    1.4 电子结构
        1.4.1 电荷密度
        1.4.2 电子态密度（Density of States，DOS）
        1.4.3 能带理论和能带结构
    1.5 本文研究内容
第2章 第一性原理计算
    2.1 第一性原理的起源
    2.2 第一性原理的计算思路
    2.3 波函数
    2.4 薛定谔方程
    2.5 密度泛函理论和交换关联泛函
    2.6 常用软件介绍
        2.6.1 Vienna Ab-initio Simulation Package（VASP）
        2.6.2 Materials Studio 6.0
第3章 WZ-CuInS_2/MoS_2界面的晶格结构和电学性质研究
    3.1 WZ-CuInS_2体相的晶格结构及电子特性
    3.2 MoS_2体相的晶格结构及电子特性
    3.3 WZ-CuInS_2/MoS_2界面的晶格匹配及表面的结构形态
        3.3.1 WZ-CuInS_2/MoS_2界面的晶格匹配
        3.3.2 WZ-CuInS_2(100)和MoS_2(-100)表面晶格结构和界面层厚的选择
    3.4 WZ-CuInS_2(100)、MoS_2(-100)表面电学性质的研究
        3.4.1 WZ-CuInS_2(100)表面总态密度及局域态密度的研究
        3.4.2 MoS_2(-100)表面总态密度及局域态密度的研究
    3.5 WZ-CuInS_2/MoS_2界面的晶格结构、结合能和电子特性的研究
        3.5.1 WZ-CuInS_2/MoS_2界面模型的构建
        3.5.2 WZ-CuInS_2/MoS_2界面的局域晶格结构
        3.5.3 WZ-CuInS_2/MoS_2界面的结合能力
        3.5.4 WZ-CuInS_2/MoS_2界面局域态密度及分波态密度的研究
        3.5.5 WZ-CuInS_2/MoS_2界面差分电荷密度及Bader电荷分析
    3.6 本章小结
第4章 WZ-CuInS_2/CdS界面的晶格结构和电学性质研究
    4.1 WZ-CdS体相晶格结构及电子特性
    4.2 WZ-CuInS_2(100)表面和WZ-CdS(100)表面结构及性质的研究
    4.3 WZ-CuInS_2/WZ-CdS界面晶格结构、结合能和电子特性的研究
        4.3.1 WZ-CuInS_2/WZ-CdS界面几何学研究
        4.3.2 WZ-CuInS_2/WZ-CdS界面模型的构建
        4.3.3 WZ-CuInS_2/WZ-CdS界面的局域晶格结构
        4.3.4 WZ-CuInS_2/WZ-CdS界面的结合能力
        4.3.5 WZ-CuInS_2/WZ-CdS界面的局域态密度及分波态密度研究
        4.3.6 WZ-CuInS_2/WZ-CdS界面的差分电荷密度及Bader电荷分析
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
附录A 攻读硕士期间发表学术论文目录



本文编号：3370240