铜锌锡硫带边电子结构及缺陷态的光学表征
投稿时间:2019-09-16  修订日期:2019-09-29  点此下载全文
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马骕驭 华东师范大学 物理与电子科学学院 极化材料与器件教育部重点实验室 51161213022@stu.ecnu.edu.cn 
马传贺 华东师范大学 物理与电子科学学院 极化材料与器件教育部重点实验室  
卢小双 华东师范大学 物理与电子科学学院 极化材料与器件教育部重点实验室  
李国帅 华东师范大学 物理与电子科学学院 极化材料与器件教育部重点实验室  
孙琳 华东师范大学 物理与电子科学学院 极化材料与器件教育部重点实验室  
陈晔 华东师范大学 物理与电子科学学院 极化材料与器件教育部重点实验室  
越方禹 华东师范大学 物理与电子科学学院 极化材料与器件教育部重点实验室 fyyue@ee.ecnu.edu.cn 
褚君浩 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室  
基金项目:国家自然科学基金(61790583, 61874043, 61874045, 61574057);航空科学基金(201824X8001)
中文摘要:利用吸收、光电流和光致发光等光谱表征并结合理论报道,分析了缺陷态丰富的铜锌锡硫半导体材料的光学带隙、带尾态和深浅杂质能级,揭示了SnZn相关的缺陷态是影响铜锌锡硫带边电子结构的关键因素,其中高浓度的中性缺陷簇[2CuZn+SnZn]能导致带隙明显窄化,而离子性缺陷簇[CuZn+SnZn]是主要的深施主缺陷态,同时存在的大量带尾态引起带边相关的光致发光峰明显红移。贫铜富锌条件下,适当减少锡含量,可有效抑制与SnZn相关的缺陷簇,并避免带隙的窄化。
中文关键词:铜锌锡硫  禁带宽度  半导体缺陷  光谱表征
 
Optical characterization of bandedge electronic structure and defect states in Cu2ZnSnS4
Abstract:The bandedge electronic structure including the optical bandgap, band-tail states, and deep/shallow donor and acceptor levels in Cu2ZnSnS4 semiconductor was analyzed by absorption, photocurrent and photoluminescence spectroscopy, and the theoretical reports. It is revealed that the SnZn-related defect in Cu2ZnSnS4 with abundant defect states is one of the key factors affecting the band-edge electronic structure. High concentration of the neutral defect cluster [2CuZn+SnZn] can narrow the band gap substantially, while the partially-passivated (ionic) defect cluster [CuZn+SnZn] is the main deep donor defect. A large number of band-tail states are responsible for the obvious red-shift of the bandedge-related photoluminescence transition energy. These detrimental defects related to SnZn can be effectively suppressed by properly reducing the Sn content in the copper-poor and zinc-rich growth condition, which also avoids the narrowing of the optical bandgap of the Cu2ZnSnS4 absorption layer.
keywords:Cu2ZnSnS4, band gap, semiconductor defects, spectroscopy characterization
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