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人工晶体学报2024年第01期:CZTS基单晶材料研究进展和展望

来源:期刊VIP网 时间:


作者:傅文峰;朱旭鹏;廖峻;汝强;薛书文;张军;

单位:华南师范大学物理学院;岭南师范学院物理科学与技术学院;

摘要:Ⅰ_2-Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ_4型半导体铜锌锡硫(CZTS)在成本、组成元素丰度、毒性和稳定性等方面具有突出优势,被认为是一种很有前途的太阳能吸收材料,应用于绿色和经济的光伏领域。尽管Cu_2ZnSn(S,Se)_4拥有与黄铜矿相似的晶体结构和光电性能,但其转换效率却远远低于Cu(In, Ga)Se_2(23.5%)。传统研究多数集中在多晶薄膜材料和器件的光电性能,导致材料关键缺陷态甄别及其能带调控规律尚不清晰,成为限制CZTS基光电器件性能的瓶颈。本文综述了CZTS基单晶材料,详细介绍了其晶体结构和物理性质,概述了移动加热器法、碘输运法和熔盐法制备高质量单晶的工艺,多型纳米晶库的研究,以及天然锌黄锡矿的物性研究。根据制备的CZTS基单晶材料讨论了其光学和电学性能。最后总结了CZTS基单晶材料在半导体器件的应用及目前存在的问题,为提高Ⅰ_2-Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ_4型半导体材料器件的性能提供可能的发展方向。

关键词:铜锌锡硫;;天然锌黄锡矿;;缺陷态;;光电性质;;移动加热器法;;碘输运法;;熔盐法

基金资助:国家自然科学基金(12004150,61674073);; 广东省基础与应用基础研究基金(2020A1515110998,2022A1515012123);; 湛江市科技计划(2022A01011)