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

Abstract

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...

Исследование кинетики гибели неравновесных носителей заряда в четверных соединениях меди Cu-=SUB=-2-delta-=/SUB=-NiSnS-=SUB=-4-=/SUB=- (0&le;delta&le;0.2)

“…Литературные данные о положении пиков в рамановских спектрах противоречивы [9][10][11]. Положения наиболее ярких пиков полученных нами рамановских спектров (347 и 286 см −1 ) оказались близкими к приведенным в работе [10].…”

“…Тогда для I = 3 • 10 14 фотон • см −2 за импульс становится справедливым соотношение τ e tr = τ rec = 1/k rec k B βI, где k recконстанта скорости реакции электронно-дырочной рекомбинации, k B -коэффициент поглощения, βквантовый выход, и можно оценить времена жизни носителей заряда. Если предположить, что в соответствии с [10] для ширины запрещенной зоны 1.2 эВ [9] k rec ∼ 10 −10 см 3 • с −1 , а k B = 10 6 см −1 [11], то τ e tr ≈ 0.03 нс. Видно, что рассчитанное нами время до захвата носителей заряда приблизительно на 2 порядка отличается от измеренного нами характеристического времени спадов фотоотклика.…”

“…где τ rec -время жизни до рекомбинации локализованных электронов и свободных дырок (рекомбинация через локальные центры), τ e и τ p -времена термического выхода захваченных носителей заряда из электроных (A) и дырочных (B) ловушек соответственно. Таким образом, оцененные времена до захвата фотогенерированных носителей заряда в Cu 2−δ NiSnS 4 оказались меньше времен жизни для поликристаллических кестеритов CZTS, полученных нами ранее методом микроволновой фотопроводимости [11], а также полученных авторами [12] методом время-разрешенной люминесценции. Однако времена жизни повторно вышедших из ловушек носителей заряда составляют ∼ 7 нс, и они сравнимы с литературными данными.…”