"Mittlere Bänder" in Indium-Thiospinellen

Das Shockley-Queisser Limit konventioneller photovoltaischer Absorber kann durch den Einsatz sogenannter „Intermediate Band“ Halbleiter überschritten werden. Aufgrund der Existenz teilweise gefüllter IBs können diese Materialien zwei Photonen mit einer Energie im Bereich der beiden Teilbandlücken aufnehmen und somit ein energiereiches Elektron zum externen Strom beitragen. Grundsätzlich lassen sich IB-Halbleiter durch Dotierung herstellen. In diesem Zusammenhang, sind Chalogenide, wie z.B. In2S3, ZnIn2S4, MgIn2S4 and MnIn2S4 aussichtsreicher Materialien, da sie über eine optimale Bandlücke verfügen, experimentelle Herstellungstechniken für Dünnschichten etabliert sind und Dotierung mit Übergangsmetallen zu d-Orbitalaufspaltung in oktaedrischem Feld führt. Thermodynamisch stabile Dotanden, welche zu „intermediate bands“ in diesen Halbleitern führen, sind allerdings noch nicht gefunden.

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es daher, die elektronischen und thermodynamischen Eigenschaften verschiedener Dotanden mit Hilfe von Elektronenstrukturrechnungen auf Grundlage der Dichtefunktionaltheorie zu untersuchen. Der Schwerpunkt wird auf der Untersuchung der Übergangsmetallen Cr, Ti, V und Nb als Dotande in In2S3, ZnIn2S4, MgIn2S4 and MnIn2S4 liegen. Es sollen die Positionen der Defektbänder relativ zu den Bandkanten des Halbleiter bestimmt, die Wechselwirkung der TM-Dotanden mit intrinsischen Defekten charakterisiert und die thermodynamische Stabilität vorhergesagt werden. Darüberhinaus ist geplant, den Einfluss der IBs auf die phononengestütze Absorption zu untersuchen.

AZ: GH 209/1-1

Projektzeitraum: April 2020 – Aug. 2025