Intrinsic and complex defect engineering of quasi-one-dimensional ribbons Sb2S3 for photovoltaics performance

材料科学 结晶学 物理 掺杂剂 带隙 凝聚态物理 兴奋剂 化学
作者
Rumeng Zhao,Xiu‐Li Yang,Hongliang Shi,Mao‐Hua Du
出处
期刊:Physical Review Materials [American Physical Society]
卷期号:5 (5) 被引量:14
标识
DOI:10.1103/physrevmaterials.5.054605
摘要

Sb<sub>2</sub>S<sub>3</sub> has attracted great attention recently as a prospective solar cell absorber material. In this work, intrinsic defects, dopants, and their complexes in Sb<sub>2</sub>S<sub>3</sub> are systematically investigated by using hybrid functional theory. V<sub>Sb</sub> and V<sub>S</sub> are dominant native defects and pin the Fermi level near the midgap, which is consistent with the high resistivity observed experimentally. Both V<sub>Sb</sub> and V<sub>S</sub> introduce deep levels inside the band gap, which can trap free carriers. Our calculated deep transition levels of V<sub>Sb</sub> and Sb<sub>S</sub> are consistent well with the results of the deep-level transient spectroscopy measurement. We further study dopants (including Cu, Ti, Zn, Br, and Cl) in Sb<sub>2</sub>S<sub>3</sub> and find that Zn and Br/Cl are shallow acceptors and donors, respectively, which may be used to control the carrier and trap densities in Sb<sub>2</sub>S<sub>3</sub>. In addition, the defect complexes, i.e., Cu(Zn)<sub>Sb</sub>+V<sub>S</sub> and Cl(Br)<sub>S</sub>+V<sub>Sb</sub> are also investigated. The interaction between the donor and acceptor defects makes the defect levels of complexes shallower and less detrimental to carrier transport.
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