Vanadiumdotierung von Indiumsulfid

Vanadiumdotiertes Indiumsulfid, In2S3:V, wird als potenzielles Absorbermaterial für Zwischenband-Solarzellen (IB) untersucht. Basierend auf elektronischen Überlegungen wird üblicherweise angenommen, dass V oktaedrisch koordinierte In-Plätze einnimmt, obwohl geometrische Überlegungen tetraedrisch koordinierte In-Plätze begünstigen würden. In dieser Studie haben wir daher experimentelle Röntgenbeugung und Röntgenabsorptionsspektroskopie mit theoretischen Ab-initio-Berechnungen sowohl der alpha- als auch der beta-Phase kombiniert, um den Einbau von V in In2S3:V-Dünnfilmen aufzuklären, die mit unterschiedlichem V-Gehalt gewachsen wurden. Der Vergleich von Form und Position der gemessenen und berechneten Röntgenabsorptionskante von V, der Vergleich experimentell ermittelter und berechneter V-S-Bindungslängen und die Bewertung der berechneten Lösungswärme von V auf verschiedenen Gitterplätzen deuten alle darauf hin, dass V eher oktaedrisch als tetraedrische Plätze in die In2S3-Matrix eingebaut ist. Für dieses Materialsystem überwiegt somit der elektronische Vorteil der oktaedrischen Koordination gegebenüber der mechanischen Verzerrung der damit verbundenen Gitterrelaxation. Schließlich untersuchen wir die elektronische Struktur von V-substituiertem alpha-In2S3 mithilfe hybrider Dichtefunktionalrechnungen und stellen fest, dass V bei einer Konzentration von 1,9 Atom-% auf oktaedrisch koordinierten In-Stellen ein leeres IB bildet, das vom Valenzband und Leitungsband (CB) isoliert ist. . Durch die Erhöhung des V-Gehalts auf 3,8 Atom-% schließt sich jedoch die Lücke zwischen IB und CB, was zu einer Verringerung der Bandlücke führt. Dies unterscheidet sich von der für beta-In2S3 berechneten elektronischen Struktur und zeigt deutlich, dass sowohl die Kristallstruktur als auch die V-Einbaustelle die resultierenden elektronischen Materialeigenschaften beeinflussen.

E. Ghorbani et al., Journal of Physics: Energy, Volume 5, Number 3