Machine learning of kesterite materials using cost-effective hybrid density functional theory

混合功能 密度泛函理论 锌黄锡矿 带隙 材料科学 光伏系统 航程(航空) 计算机科学 算法 计算化学 化学 光电子学 捷克先令 生态学 生物 复合材料
作者
Dong-Geon Lee,Sooran Kim,Ji‐Sang Park
出处
期刊:Current Applied Physics [Elsevier BV]
卷期号:59: 214-219
标识
DOI:10.1016/j.cap.2023.11.017
摘要

Kesterite materials have received much attention for earth-abundant photovoltaic applications, however, their record cell efficiency is still lower than other thin film solar cells. We performed high-throughput calculations using hybrid density functional theory to find an alternative absorber material. The atomic structures were cost-effectively optimized by employing a downsampled k-point grid for the Fock exchange potential, and therefore the electronic band gap () was obtained in good agreement with the conventional hybrid calculation. Based on hybrid DFT calculations, we develop machine learning (ML) models to predict the Eg and suggest the empirical equation for Eg with the accuracy of the root-mean-square-error of 0.137 eV and R2 of 0.921. We found that the distance between group-IV and group-VI elements is important to estimate Eg. Using the developed ML models, we searched materials with predicted Eg within the optimum range of 1.0−1.5 eV and also compared their Eg with hybrid functional calculations. Based on our ML and DFT calculations, we suggest nine materials whose ML predicted and DFT calculated Eg in the optimum range for photovoltaic applications.
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