氧化物半导体通常具有较大的带隙，可广泛用于紫外区的薄膜晶体管，发光二极管或透明电极等。大多数氧化物半导体不适合用于太阳能电池和光催化，因为它们几乎对可见光透明。β-CuGaO2是一种带隙为1.47 eV的直接带隙材料，对制备新型光伏器件非常有利。但是目前先进的杂化泛函和GW等的方法计算的β-CuGaO2带隙和电子结构并没有很好的吻合实验，而且计算量也较大。β-CuGaO2作为潜在的理想太阳能光伏电池的性能也不是很明确。

广东石油化工学院罗国平博士和陈星源博士课题组基于修正的Becke-Johnson势和Cu元素库仑作用（MBJ + U）方法计算了β-CuGaO2的能带和电子结构，在降低了计算成本的同时还可以较准确的计算β-CuGaO2带隙和电子结构。运用Spectroscopic limited maximum efficiency (SLME) 方法计算了β-CuGaO2太阳能电池的SLME转换效率随膜厚的变化曲线，发现β-CuGaO2太阳能电池的短路电流较大和光电效率可达32.4%。

这对发展高光电转换效率的β-CuGaO2太阳能电池和氧化物太阳能电池有一定的参考意义。

图1. 理想β-CuGaO2太阳能电池SLME效率随薄膜厚度的关系曲线。

First principles study of the electronic structure and photovoltaic properties of β-CuGaO2 with MBJ + U approach

Guoping Luo, Yingmei Bian, Ruifeng Wu, Guoxia Lai, Xiangfu Xu, Weiwei Zhang, Xingyuan Chen

J. Semicond. 2020, 41(10): 102102

doi: 10.1088/1674-4926/41/10/102102

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