More Se Vacancies in Sb2Se3 under Se‐Rich Conditions: An Abnormal Behavior Induced by Defect‐Correlation in Compensated Compound Semiconductors

空位缺陷 材料科学 半导体 费米能级 硒 化合物半导体 电离能 电离 晶体缺陷 密度泛函理论 接受者 凝聚态物理 化学 结晶学 计算化学 纳米技术 离子 光电子学 物理 冶金 电子 外延 有机化学 量子力学 图层(电子)
作者
Menglin Huang,Zenghua Cai,Shanshan Wang,Xingao Gong,Su‐Huai Wei,Shiyou Chen
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:17 (36): e2102429-e2102429 被引量:65
标识
DOI:10.1002/smll.202102429
摘要

Abstract It was believed that the Se‐rich synthesis condition can suppress the formation of deep‐level donor defect V Se (selenium vacancy) in Sb 2 Se 3 and is thus critical for fabricating high‐efficiency Sb 2 Se 3 solar cells. However, here it is shown that by first‐principles calculations the density of V Se increases unexpectedly to 10 16 cm −3 when the Se chemical potential increases, so Se‐rich condition promotes rather than suppresses the formation of V Se . Therefore, high density of V Se is thermodynamically inevitable, no matter under Se‐poor or Se‐rich conditions. This abnormal behavior can be explained by a physical concept “defect‐correlation”, i.e., when donor and acceptor defects compensate each other, all defects become correlated with each other due to the formation energy dependence on Fermi level which is determined by densities of all ionized defects. In quasi‐1D Sb 2 Se 3 , there are many defects and the complicated defect‐correlation can give rise to abnormal behaviors, e.g., lowering Fermi level and thus decreasing the formation energy of ionized donor V Se 2+ in Se‐rich Sb 2 Se 3 . Such behavior exists also in Sb 2 S 3 . It explains the recent experiments that the extremely Se‐rich condition causes the efficiency drop of Sb 2 Se 3 solar cells, and demonstrates that the common chemical intuition and defect engineering strategies may be invalid in compensated semiconductors.
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