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Band-Structure Engineering ofZnxCd1−xSySe1−yQuaternary Alloys as the Window Layer forCdTeSolar Cells
Physical Review Applied ( IF 3.8 ) Pub Date : 2020-06-23 , DOI: 10.1103/physrevapplied.13.064055 Rong Wang , Mu Lan , Jingxiu Yang , Su-Huai Wei
Physical Review Applied ( IF 3.8 ) Pub Date : 2020-06-23 , DOI: 10.1103/physrevapplied.13.064055 Rong Wang , Mu Lan , Jingxiu Yang , Su-Huai Wei
With the optimization of the back contact, improvement of carrier lifetime, and the use of -alloyed as the absorber, the power conversion efficiency (PCE) of solar cells has now risen beyond 22%. However, further improvement of the PCE of -based solar cells by optimization of the window layer has not been fully discussed. In this work, we propose that alloys can be tuned as promising window layers of both and solar cells when band alignment and lattice match are taken into account. Using first-principles calculations and the special quasirandom structure approach, we investigate the compositional dependence of formation energies, lattice parameters, band-gap energies, and band alignments of alloys. We find that the interaction parameters and thus the miscibility temperatures of alloys are directly proportional to the lattice mismatch between the mixing elements, and are larger for mixed-cation alloys than for mixed-anion alloys. The lattice parameter of exhibits a linear dependence to its composition. The bowing of band-gap energies of alloys is quite large, due to the symmetry-reduction-induced intraband coupling in quaternary alloys. Finally, we illustrate the optimal composition range of alloys as the window layer for both solar cells and solar cells. Our work provides a guideline for further improving the performance of and solar cells by adopting alloys as promising window layers.
中文翻译:
ZnxCd1-xSySe1-y四元合金作为CdTe太阳能电池窗口层的能带工程
通过优化背接触,改善载流子寿命以及使用 合金的 作为吸收器,功率转换效率(PCE)为 太阳能电池现在已增长超过22%。但是,PCE的进一步改进通过优化窗口层的基于太阳能的电池尚未得到充分讨论。在这项工作中,我们建议 合金可以调整为两者的有希望的窗口层 和 考虑了能带排列和晶格匹配时的太阳能电池。使用第一性原理计算和特殊的拟随机结构方法,我们研究了地层能,晶格参数,带隙能和能级的能级排列的组成依赖性。合金。我们发现相互作用参数以及因此的混溶温度合金与混合元素之间的晶格失配成正比,混合阳离子合金比混合阴离子合金更大。的晶格参数对它的成分表现出线性依赖性。带隙能的弯曲由于四元合金中对称还原引起的带内耦合,所以合金相当大。最后,我们说明了最佳的成分范围 合金作为两者的窗口层 太阳能电池和 太阳能电池。我们的工作为进一步改善广告的效果提供了指导 和 通过采用太阳能电池 合金作为有希望的窗口层。
更新日期:2020-06-24
中文翻译:
ZnxCd1-xSySe1-y四元合金作为CdTe太阳能电池窗口层的能带工程
通过优化背接触,改善载流子寿命以及使用 合金的 作为吸收器,功率转换效率(PCE)为 太阳能电池现在已增长超过22%。但是,PCE的进一步改进通过优化窗口层的基于太阳能的电池尚未得到充分讨论。在这项工作中,我们建议 合金可以调整为两者的有希望的窗口层 和 考虑了能带排列和晶格匹配时的太阳能电池。使用第一性原理计算和特殊的拟随机结构方法,我们研究了地层能,晶格参数,带隙能和能级的能级排列的组成依赖性。合金。我们发现相互作用参数以及因此的混溶温度合金与混合元素之间的晶格失配成正比,混合阳离子合金比混合阴离子合金更大。的晶格参数对它的成分表现出线性依赖性。带隙能的弯曲由于四元合金中对称还原引起的带内耦合,所以合金相当大。最后,我们说明了最佳的成分范围 合金作为两者的窗口层 太阳能电池和 太阳能电池。我们的工作为进一步改善广告的效果提供了指导 和 通过采用太阳能电池 合金作为有希望的窗口层。