Co-evaporated Cu2ZnSnSe4 films and devices

Repins, Ingrid; Beall, Carolyn; Vora, Nirav; DeHart, Clay; Kuciauskas, Darius; Dippo, P.; To, Bobby; Mann, Jonathan; Hsu, Wan-Ching; Goodrich, Alan; Noufi, R.

doi:10.1016/j.solmat.2012.01.008

Cited by 592 publications

(509 citation statements)

References 40 publications

Supporting

Mentioning

472

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…8 Even though the efficiencies reached with these approaches are still behind the highest efficiencies reached with CZTSSe (11.1 % 9 ), a synthesis via the nanoparticle route is attractive for low-cost solar module production. A main advantage of the deposition of nanoparticle inks over other deposition processes used for the synthesis of CZTSSe films -such as sputtering, 10,11 thermal evaporation, [12][13][14][15] or pulsed laser deposition 16 -is that neither a vacuum is needed for the deposition of the precursor film, nor does it rely on toxic solvents.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Real-time observation of Cu2ZnSn(S,Se)4 solar cell absorber layer formation from nanoparticle precursors

Mainz

Walker

Schmidt

et al. 2013

Phys. Chem. Chem. Phys.

View full text Add to dashboard Cite

The selenization of Cu-Zn-Sn-S nanocrystals is a promising route for the fabrication of low-cost thin film solar cells. However, the reaction pathway of this process is not completely understood. Here, the evolution of phase formation, grain size, and elemental distributions is investigated during the selenization of Cu-Zn-Sn-S nanoparticle precursor thin films by synchrotron-based in situ energy-dispersive X-ray diffraction and fluorescence analysis as well as by ex situ electron microscopy. The precursor films are heated in a closed volume inside a vacuum chamber under presence of selenium vapor while diffraction and fluorescence signals are recorded. The presented results reveal that during the selenization the cations diffuse to the surface to form large grains on top of the nanoparticle layer and the selenization of the film takes place in two simultaneous reactions: 1) a direct and fast formation of large grained selenides, starting with copper selenide which is subsequently transformed into Cu 2 ZnSnSe 4 ; 2) a slower selenization of the remaining nanoparticles. As a consequence of the initial formation of copper selenides at the surface, the subsequent formation of CZTSe starts under Cu-rich conditions despite an overall Cu-poor composition of the film. The implications of this process path on the film quality is discussed. Additionally, the proposed growth model provides an explanation of the previously observed accumulation of carbon from the nanoparticle precursor beneath the large grained layer.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Real-time observation of Cu2ZnSn(S,Se)4 solar cell absorber layer formation from nanoparticle precursors

Mainz

Walker

Schmidt

et al. 2013

Phys. Chem. Chem. Phys.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

Section: Introductionunclassified

“…Существует несколько способов получения пленок данных материалов, основные из них: вакуумное ис-парение [2,3], соиспарение [4,5], золь-гель метод [6,7] и электроосаждение [8]. Достаточно успешный подход, основанный на спин-коутинге из раствора частиц в гидразине, был предложен компанией IBM для изго-товления фотоэлектрических устройств с КПД более 11.1% на основе Cu 2 ZnSn(S,Se) 4 [6].…”

Section: Introductionunclassified

“…Однако, несмотря на перспективу этих технологий, относительно небольшая распространен-ность в природе In и Те ограничивает производственные мощности для батарей на их основе по прогнозам до < 100 GWP в год. Более низкая стоимость руд, содержащих медь, цинк или олово -основу кестеритов Cu 2 ZnSn(S,Se) 4 (CZTSe) -делает их привлекательной альтернативой для CdTe или CIGS.Существует несколько способов получения пленок данных материалов, основные из них: вакуумное ис-парение [2,3], соиспарение [4,5], золь-гель метод [6,7] и электроосаждение [8]. Достаточно успешный подход, основанный на спин-коутинге из раствора частиц в гидразине, был предложен компанией IBM для изго-товления фотоэлектрических устройств с КПД более 11.1% на основе Cu 2 ZnSn(S,Se) 4 [6].…”

unclassified

See 1 more Smart Citation

Время жизни избыточного электрона в порошках Cu-Zn-Sn-Se

Новиков¹,

Гапанович²,

Gremenok³

et al. 2017

Физика И Техника Полупроводников

View full text Add to dashboard Cite

Методом время-разрешенной микроволновой фотопроводимости в диапазоне 36 ГГц в интервале темпера-тур 200−300 K изучена кинетика гибели носителей тока в порошках Cu−Zn−Sn−Se, полученных ампульным твердофазным методом синтеза. Время жизни избыточных электронов при комнатной температуре оказалось меньше 5 нс. Энергия активации для процесса рекомбинации составила Ea ∼ 0.054 эВ. DOI: 10.21883/FTP.2017.01.43990.8274 ВведениеТонкопленочные солнечные элементы (ТСЭ) привле-кают все большее внимание исследователей всего мира прежде всего надеждой на снижение цены производи-мой электроэнергии. Особенно сказанное относится к батареям с поглощающими слоями Cu−In−Ga−(S,Se) (CIGS) и CdTe, которые уже начинают внедряться в производство [1]. Однако, несмотря на перспективу этих технологий, относительно небольшая распространен-ность в природе In и Те ограничивает производственные мощности для батарей на их основе по прогнозам до < 100 GWP в год. Более низкая стоимость руд, содержащих медь, цинк или олово -основу кестеритов Cu 2 ZnSn(S,Se) 4 (CZTSe) -делает их привлекательной альтернативой для CdTe или CIGS.Существует несколько способов получения пленок данных материалов, основные из них: вакуумное ис-парение [2,3], соиспарение [4,5], золь-гель метод [6,7] и электроосаждение [8]. Достаточно успешный подход, основанный на спин-коутинге из раствора частиц в гидразине, был предложен компанией IBM для изго-товления фотоэлектрических устройств с КПД более 11.1% на основе Cu 2 ZnSn(S,Se) 4 [6]. В литературе также имеются данные о создании солнечной батареи на осно-ве Cu 2 ZnSnSe 4 с эффективностью 9.15%, поглощающий слой которой был получен методом соиспарения из 4 источников [4]. Однако, несмотря на успехи в создании ТСЭ, достигнутые показатели все же в 3 раза хуже теоретического предела Шоккли−Квиссера (∼ 30%) [9] и причины этого неясны.Можно предположить, что низкий коэффициент кон-версии в сравнении с теоретическим пределом обуслов-лен узостью области гомогенности CZTS(Se) [10,11], которая обусловливает трудности в получении однофаз-ных пленок CZTS(Se) с минимальными отклонениями элементного состава от стехиометрии. В ряде работ, однако, показана возможность получения монокристал-лов CZTS и CZTSe, обогащенных Zn. Однофазность данных кристаллов подтверждена методами рентгено-фазового анализа (РФА) и спектроскопии комбинаци-онного рассеяния света (КРC) [12,13]. Кроме того, в независимости от метода получения прекурсоров было установлено, что ТСЭ на основе пленок CZTS, обога-щенных цинком и обедненных медью, показывают более высокие значения эффективности фотопреобразования по сравнению с ТСЭ на основе стехиометрических пленок CZTS [14][15][16]. В ряде работ было показано, что оптимальными в плане эффективности ФЭП являют-ся соотношения компонентов Cu/(Zn + Sn) = 0.75−0.9, Zn/Sn = 1.10−1.3, Cu/Sn = 1.8−2.0, S/металлы = 1.05 и Zn/металлы = 0.25−0.31 [17][18][19].Один из подходов к объяснению причины влияния дефицита меди на эффективность ТСЭ на основе CZTS основан на различии структурных дефектов в обеднен-ном медью и стехиометрическ...

show abstract

“…For Cu(In,Ga)Se 2 it was shown that a Cu-rich ([Cu]/([Ga]þ[In])>1) composition for a limited time during the growth process is beneficial for the cell performance due to an increase in grain size and a reduction in recombination activity [18,19]. In a previous work we could demonstrate that the Cu-rich growth step for CZTSe can be easily implemented by using a Curich precursor [20].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%