Обработка тетрагонального кестерита CZTSSe светопоглотителями электромагнитным полем

Фон

Проблема производства и накопления энергии становится все более актуальной как из-за истощения традиционных источников энергии, так и из-за увеличения экономических требований. Это раздвигает границы технологий альтернативных источников энергии и, в частности, технологии светособирающих устройств. От обычных солнечных элементов (СЭ) на основе Si [1] до высокоэффективных, но дорогих СЭ на основе полупроводников III – V (с одним или несколькими переходами [2, 3]) и дешевых, но менее эффективных органических фотоэлектрических устройств, технологии SC остаемся в активном поиске оптимальных материалов. В настоящее время тонкопленочные СЭ (ТСП) на основе структуры кестерита Cu ₂ ZnSn (S, Se) ₄ (CZTSSe) быстро развиваются [4]. SC на основе CZTSSe имеют ряд преимуществ по сравнению с другими TFSC (например, CuInGaSe ₂ TFSC на основе), экономически эффективные по отношению к исходным компонентам и нетоксичны во время синтеза. Улучшенные свойства Cu ₂ ZnSnS ₄ (CZTS) включают прямую запрещенную зону (около 1,5 эВ) и высокий коэффициент поглощения (более 10 ⁴ см ⁻¹ в видимом спектральном диапазоне), что делает его хорошо подходящим для фотоэлектрических приложений [5]. В настоящее время рекордная эффективность опытного образца КА CZTSSe составляет 12,6% [6]. Чтобы повысить эффективность, необходимо решить несколько проблем. Во-первых, это нестехиометрический состав CZTSSe и концентрация собственных дефектов. Вторая проблема - это деградация материала из-за сосуществования различных кристаллографических фаз. Наконец, это возможное присутствие примесей вторичных бинарных и тройных соединений, которые образуются в процессе синтеза. Различные фазы, присутствующие в материале, трудно различить в основном из-за несовершенства традиционных методов исследования [7]. Эти проблемы возникают из-за небольшой разницы в поперечных сечениях между Cu и Zn при рассеянии рентгеновских лучей и схожих дифракционных картин для кестерита, станнита и их неупорядоченных фаз. Поэтому трудно определить кристаллическую структуру и степень структурного беспорядка с помощью установки для дифракции рентгеновских лучей (XRD). Такую информацию можно получить с помощью нейтронографических [8] или синхротронных рентгеноструктурных исследований [9]. Как было показано в [3]. [7], мощность луча, используемая в методе XRD, не может быть полностью использована для идентификации вторичных фаз тройных соединений в сложных системах, таких как CZTS. Та же проблема возникает при различении структур аналогичных модификаций с одинаковым тройным или четвертичным составом, например, кестерита и его «дефектной» модификации или станнита. Интенсивность рефлекса XRD соответствует объему фазы. Поэтому часто невозможно отличить крошечное и типичное уширение из-за небольшого размера включения пика вторичной фазы, когда он расположен вблизи главного пика основной фазы. По этой причине исследователи, работающие в этой области, ищут альтернативные, но доступные методы идентификации и обнаружения вторичной фазы. Одним из таких перспективных методов является спектроскопия комбинационного рассеяния света. Применение таких методов может упростить методы постобработки для улучшения структурной однородности материалов CZTSSe. Кроме того, анализ структурных свойств представляет собой важную технологическую задачу и очень востребован для различных фотоэлектрических приложений. В исх. В [6] был достигнут высокий КПД СК с рекордным КПД 12,6% для CZTSSe. Там пленки CZTSSe были выращены из растворенных в растворе гидразина халькогенидов Sn и Cu, а также из диспергированных в растворе частиц ZnS и ZnSe. Гидразин использовался только для процесса роста, а постростовая обработка выполняется путем отжига в N ₂ и воздух, который позволяет легко растворять определенные прекурсоры. Однако он очень токсичен, а его взрывоопасные свойства ограничивают возможности его использования. В данной работе мы предлагаем безгидразиновый метод постростовой обработки для улучшения структурных свойств светопоглотителей в объемной и многослойной конфигурациях. Он основан на применении водородных плазменных разрядов слабой мощности с использованием электромагнитного поля радиочастотного диапазона.

Методы

Во-первых, метод радиочастотной обработки был применен для кремниевых СЭ в типовой конфигурации. Площадь диффузионного поля Si-SC составляла 2 см ² . , а слоистая структура состояла из (i) передней сетки Al, (ii) антиотражающего Si ₃ толщиной 50 нм. N ₄ слой, (iii) заряженный диэлектрик SiO ₂ толщиной 30 нм слой, (iv) индукция n ⁺⁺ слой, (v) диффузия n ⁺ слой, (vi) квазинейтральная базовая область или p -Si, (vii) диффузионный изотип соединения или p ⁺ слой, и (viii) металлизация задней стороны Al. Для измерений миниатюрные СК были собраны в 10 групп. Они были разделены на три подгруппы для будущего использования в качестве эталонных масок для помещений и для улицы. Во время обработки образцы маскировались, чтобы избежать травления поверхностных просветляющих покрытий. В качестве посредника для РЧ-луча использовался инертный газ. Образцы SC обрабатывались радиочастотным лучом 13,56 МГц. Исходный образец (т.е. не подвергнутый обработке) служил эталоном. Изменяемыми параметрами были время экспозиции и мощность радиочастотного луча. Диапазон времени воздействия и мощности пучка составлял 1–15 мин и 0,19–2,25 Вт / см ² . , соответственно. Площадь держателя ВЧ-реактора составляла 132 см ² . . Давление водорода в камере было зафиксировано на уровне 0,2 Торр. Во время напыления значение напряжения на подложке было фиксированным (1900 В). Осаждение проводилось при комнатной температуре держателя. N ₂ плазменная обработка для предварительной очистки поверхностей проводилась с использованием PlasmaEtch PE-50 XL (4,5′′W × 6′′D + 2,5 ′ ′ зазор) с мощностью генератора 150 Вт при 50 кГц.

Характеристики IU в темноте и освещении (AM1.5) измеряли с помощью датчика Кельвина с программным обеспечением Keithley 2410h и LabTraser NI. Для расчета параметров Si-СЭ мы использовали модель двойного диода, следуя [5]. [10].

Далее при обработке светопоглощающих материалов применялась ВЧ-обработка с оптимальными режимами. RF-стимулированный H ⁺ плазменный разряд с мощностью источника 0,8 Вт / см ² применялась в течение 15 мин. Во время обработки поверхность образца была замаскирована кремниевой пластиной. Для наших целей мы использовали три вида объемного CZTSSe с тетрагональной структурой. Во-первых, тип образца был получен путем осаждения бинарных соединений ZnS, CuS и SnS методом мгновенного испарения на стеклянные подложки с предварительно нанесенным молибденом в качестве нижнего слоя с последующим отжигом структуры (см. [11]). Образцы второго типа выращивались методом Бриджмена (вертикально выровненная зона) из соответствующих исходных элементов. На следующем этапе выращенные кристаллы напыляли на стеклянные подложки с нижним слоем из молибдена и без него магнетронным распылением при различных температурах подложки и электронно-лучевым испарением (для изготовления СЭ). Пропускание / (зеркальное отражение n-R) в ИК-диапазоне измеряли с помощью ИК-Фурье спектрометра Infralum FT-801 в диапазоне 500–5000 см ⁻¹ (0,06–0,5 эВ) диапазон:Specord-210 (установка была настроена как ослабленное полное отражение (ATR)), Shimadzu UV-3600 (B _s и B _d настройки были настроены как зеркальное / диффузное отражение с интегрирующей сферой 100 мм), PerkinElmer Lambda-950 (настройка C была настроена как диффузное отражение с интегрирующей сферой 150 мм), UV-VIS-NIR Varian Cary 5000 (настройка D была настроен как луч нормального падения для зеркального отражения). A, B _s , B _d , Конфигурации C и D использовались для диапазонов UV, VIS и NIR соответственно. Спектры поглощения определялись из спектров отражения с использованием дисперсионных интегралов аналогично хорошо известному методу, описанному в [4,11]. [11, 12]. Для исследования структурных свойств CZTSSe, μ -Спектроскопия Рамана (T64000 Horiba Jobin Yvon) была выполнена в конфигурации обратного рассеяния. Для возбуждения рамановских спектров излучение Ar ⁺ Использовался лазер с длиной волны 514,5 нм. Мощность лазерного излучения выбиралась достаточно малой (поток мощности луча составлял 0,1 мВт / мкм ² ), чтобы избежать изменения структуры пленки во время измерений. Спектры комбинационного рассеяния регистрировались при комнатной температуре, время регистрации составляло менее 1 мин. Различные части образца были протестированы с помощью нескольких измерений для оценки воспроизводимости и однородности. Для фокусировки на поверхности с диаметром пятна менее 1 мкм применялся объектив микроскопа Olympus размером 50 × 50. Рамановские спектры были собраны в различных областях каждого образца для точности, поскольку неоднородные пятна на поверхности были видны под световым микроскопом. Собранные результаты были усреднены, и природа сегрегированных кристаллических фаз была установлена.

Результаты и обсуждение

В качестве доказательства принципа мы начинаем изучать влияние РФ на лечение СК. Собранные результаты представлены на рис. 1.

AM1.5 IU характеристики СЭ на основе Si в общей конфигурации при ВЧ-обработке (стимулированный разряд 13,56 МГц H ⁺ плазма, t =15 мин, P =0,8 Вт / см ² ) со следующими значениями интенсивности: 1 начальная, 2 95 Вт, 3 225 Вт, 3 225 Вт и 4 300 Вт

Эффективность ( η ,%) и коэффициент заполнения (FF) Si-SC составляли 11,692 и 0,746 (кривая 1), соответственно, и улучшались после обработок:95 W =12,337 / 0,775 (кривая 2); 225 Вт =12,291 / 0,783 (кривая 3); 300 Вт =11,458 / 0,752 (кривая 4). Наклон кривых 2 и 3 незначительно отличается от наклона исходного образца (кривая 1). Мы предполагаем, что это результат деградации контактов Шоттки из-за нагрева, происходящего под действием ВЧ. Как видно из рис. 1, значения U _oc уменьшилось, но значения I _sc вырос. Это может произойти из-за пассивации оборванных связей высокореактивными атомами водорода. Применение мощной высокочастотной обработки привело к растрескиванию полосатых металлических контактов и разрушению p-n перехода. Это наблюдали в оптическом микроскопе, объясняя поведение кривой 4 и ее существенное изменение. Таким образом, мы предполагаем, что предложенный метод может быть применен для модификации η и FF, но его следует оптимизировать для улучшения TFSC.

Для характеристики образцов мы приступили к измерениям спектров отражения. Как правило, коэффициент поглощения можно легко извлечь из измерений пропускания. Однако возникают трудности как с точным измерением толщины, так и потерь отражательной способности в случае многослойной конфигурации поглотителя или если его соответствующая толщина меньше 1 мкм. По этим причинам весьма желательно создать второй и независимый метод измерения коэффициента поглощения на основе измерений отражательной способности. Коэффициент поглощения связан с коэффициентом экстинкции простым соотношением: α ( ω , E ) =4 πk ( ω ) λ ^{- 1} =2 ωk ( ω ) c ^{- 1} =2 E ( ℏc ) ^{- 1} к ( E ), [ α ( ω , E )] = см ^{- 1} , где k ( ω, E ) - коэффициент экстинкции, ω - угловая частота, λ длина волны, c - скорость света, а ℏ - соответственно приведенная постоянная Планка. Комплексную амплитуду отражения можно записать с помощью уравнений Френеля, и в случае нормального падения будет считаться

где n ₀ - показатель преломления среды для падающего луча ( n ₀ ≥ 1), а преломление материала характеризуется комплексным показателем преломления n = n ₁ + ik . Пока г представляет собой сложную отражательную способность и не измеряется сама по себе, ее можно легко разложить на любое комплексное число, используя формулу Эйлера:

где R это отношение интенсивностей отраженного и падающего световых лучей, которое можно измерить напрямую, θ - фаза отраженного света, A и B - действительная и мнимая составляющие комплексной отражательной способности, а n ₁ и k - показатели преломления и ослабления поглотителя соответственно.

Уравнение (1) можно переписать прямым разложением на действительную и мнимую части как

Если мы знаем R и θ преобразуются с помощью алгоритма, использованного в [1,2]. [11, 12], решение системы уравнений (2) дает

где вспомогательные коэффициенты

В области, где силы осцилляторов для оптических переходов в основном исчерпаны, диэлектрическая функция может быть представлена ​​классической формулой Друде [13, 14]:

где σ ( ω ) - комплексная оптическая проводимость (строчные индексы r и им обозначают действительную и мнимую части соответственно), ω _p - плазменная частота валентных электронов, м * - масса свободного электрона, N _v - эффективная плотность валентных электронов, τ - среднее время столкновения, а ε ₀ - диэлектрическая проницаемость вакуума соответственно. Все эти параметры следует отнести к значению плазменной частоты по правилу сумм:\ (\ frac {1} {2} \ pi {\ omega_p} ^ 2 ={\ displaystyle \ underset {0} {\ overset {\ infty } {\ int}} \ frac {\ omega {\ varepsilon} _ {im}} {\ varepsilon_r ^ 2 + {\ varepsilon} _ {im} ^ 2} d \ omega}. \)

Преобразованные оптические спектры R (E) _initial / R (E) _RF CZTSSe, соответствующие различным технологическим условиям, показаны на рис. 2а. Анализ показал, что отражение структур после ВЧ обработки уменьшалось в диапазоне частот от 1,2 до 3 эВ в случае многослойной структуры (кривые 2 и 3) и в диапазоне от 2,4 до 3,3 эВ (кривая 1) для объемных структур. Несоответствие диапазонов улучшения происходит из-за постобработки свободного образца для объема (кривая 1) и наличия контактов Шоттки или гетеропереходов для слоистого образца (кривые 2 и 3). Следует отметить, что преобразование спектров по методике [5]. [15] не было бы правильным без поправочных членов, зависящих от измерительной конфигурации лучей. В случае установки A, установка ATR изменения периода комплексного фазового угла влияет на определение комплексного показателя преломления и должна корректироваться. Используя технику без НПВО, фактический фазовый сдвиг θ _{действовать} может быть получена аналогично процедуре, описанной в [5]. [15]. В наших экспериментах лучший прогноз показателя преломления был реализован для настройки D, немного хуже для B _s настройка, и сложная настройка. Это зависит от переходов при многократных отражениях от зеркал. Провести адекватную оценку фазового угла в C-установке оказалось невозможным из-за диффузной интегрирующей сферы. Таким образом, мы заключаем, что определение коэффициента поглощения, а также псевдооптических функций из измерений коэффициента отражения является правильным для измерения абсолютного зеркального отражения однолучевого излучения при нормальном падении. В противном случае все результаты должны быть отнесены к параметрам, полученным прямым методом (например, методом на основе углов Брюстера).

Оптические спектры CZTSSe до и после радиочастотной обработки. а 1 Коэффициент отражения для объемных CZTS, обработанных из металлических прекурсоров (установка A); 2 коэффициент отражения для стекла / Mo / Cu / CZTSe (установка A); 3 отражательная способность объемных CZTS, обработанных из прекурсоров сульфидов (B _d настраивать). б Отражение и коэффициент пропускания ( вставить ) CZTS в отношении воздействия плазмы (установка C) с шагами 1, 3 и 7. c Спектры поглощения тонких пленок CZTS с ( черным ) и без ( красный ) РЧ лечение в течение 3 мин (установка C). Вставить :спектры оптической проводимости этих же пленок

Следующим этапом экспериментов были измерения пропускания и отражения пленок на стекле с поперечными размерами, превышающими типичную апертуру лучей двухлучевых спектрофотометров. Для этого объемная CZTS испарялась электронным пучком и затем дополнительно обрабатывалась ВЧ-плазмой. Шаг экспозиции - 1 мин. Соответствующие спектры отражения и пропускания (вставка) показаны на рис. 2b в соответствии с коэффициентом экспонирования. Максимальный эффект выявлен при выдержке образца 3 мин (кривая 3).

После этого соответствующие коэффициенты поглощения и отношения между начальными оптическими проводимостью были рассчитаны по формулам. (3) и (6) с использованием результата, полученного наиболее эффективным методом. Они проиллюстрированы на рис. 2в и на вставке к этому рисунку соответственно.

Оценка нелинейных параметров методом наименьших квадратов может быть выполнена путем минимизации процедуры с использованием следующих соотношений:

Здесь первое соотношение известно как закон Бера в случае многократных отражений в параллельной пластине, а второе - это квадрат абсолютного значения комплексной отражательной способности.

Как видно из рис. 2в, светопоглощающие свойства CZTS увеличиваются после высокочастотной обработки в основном в пределах запрещенной зоны. Величину оптической проводимости можно оценить, используя допущение в модели проводимости Друде, а также параметр плазменной частоты, соответствующий обработкам. В случае обработки RF его значение составляет 2,294 эВ, что немного выше, чем для исходного случая (2,278 эВ). Основываясь на этих результатах, мы предполагаем, что радиочастотное лечение улучшает абсорбцию. Но присутствие компонентов с высоким содержанием меди и других металлов приводит к ухудшению электронных свойств, и условия обработки следует оптимизировать путем дополнительной очистки.

Для оценки роли компонентов плазмы во время лечения применялся метод FTIR. Спектры поглощения представлены на рис. 3. Полосы поглощения для объемного CZTS ₄ с радиочастотной обработкой и без нее варьировались от 500 до 4000 см ⁻¹ (волновые числа). Эти полосы включают C – N (1250 см ⁻¹ , 1600 см ⁻¹ ); sp ² гибридизированные связи (1490–1650 см ^-1 ) валентных полос C – C, C =C; полоса растяжения CH _n на 2870 и 3100 см ⁻¹ , что соответствует sp ⁿ гибридизированные связи; CO ₂ (2350 см ⁻¹ ); и 2700 и 3600 см ⁻¹ относят к воде и органическим компонентам [16]. Как видим, обработка ВЧ привела к уменьшению поглощения во всем спектральном диапазоне. В случае поглощения sp ² гибридизированные связи для звеньев C – C и C =C при 1500–1650 см ⁻¹ , объяснение хорошо известно. Обычно графитоподобные фазы подвергаются воздействию H ⁺ плазма удаляется из структур [16]. Уменьшение интенсивности полосы поглощения, связанной с симметричными колебаниями CH ₃ связка (при 2872 см ⁻¹ ), CH и CH ₂ (2900–2926 см ⁻¹ ) можно объяснить уменьшением концентрации водорода в пленке. Таким образом, H ⁺ ионы удаляют компоненты примесей благодаря своей высокой подвижности, даже если образец замаскирован без накопления sp ⁿ гибридизированные композиции.

ИК-Фурье-спектры объемного образца CZTS с (кривая 1) и без (кривая 2) ВЧ-обработки (стимулированный разряд 13,56 МГц H ⁺ плазма, t =15 мин, P =0,8 Вт / см ² )

Спектры комбинационного рассеяния объемного CZTS были деконволютированы по лоренцевым компонентам и представлены на рис. 4. Два доминирующих пика при 286 и 335 см ⁻¹ и полосы на 251, 305, 343 и 356 см ^-1 были отнесены к модам симметрии A, E и B соответственно. Их положение было аналогично таковому в экспериментальных результатах, описанных в работах [1,2]. [17,18,19], и их отнесение к симметрии согласуется с теоретическими расчетами, приведенными в [17,18]. [20, 21]. Подбирая рамановский спектр набором компонентов, мы можем предположить, что более слабый компонент около 329 см ⁻¹ наблюдается на низкочастотной стороне для наиболее интенсивной полосы (335 см ⁻¹ ). Эта полоса комбинационного рассеяния может быть отнесена к разупорядочению атомов Zn и Cu в решетке CZTS, как обсуждалось в [4]. [22]. Это разупорядочение часто вызывается так называемыми антиузельными дефектами, такими как атомы Zn, замещающие Cu (Cu _Zn ) и наоборот (Zn _Cu ). Влияние фазы на изменение спектров комбинационного рассеяния света для кестерита обсуждается в [4]. [22]. Степень разупорядочения структуры кестерита можно оценить с помощью отношения интенсивностей I ₃₂₉ / I ₃₃₅ пиков на 329 и 335 см ⁻¹ . В нашем случае это отношение составило 0,11 и сопоставимо со значениями, полученными для тонких пленок, описанными в [22]. Следует отметить, что изменения спектров КР для светлых и темных областей пренебрежимо малы, что коррелирует с [5]. [23].

Рамановский спектр объемного образца CZTS с лоренцевой аппроксимацией ( I ~ 0,5 мВт; λ =514,5 нм)

Рамановские спектры CZTS и Cu ₂ ZnSnSe ₄ (CZTSe) образцы после РЧ обработки показаны на рис. 5а, б соответственно. Они отмечены синим и красным, что соответствует исходному образцу и образцу, обработанному РФ, соответственно. Как видно из рис. 5а (красная линия), положение полосы на 286 см ⁻¹ сдвинут в высокочастотную область на 2 см ⁻¹ , а его полуширина уменьшена почти в два раза (22 см ⁻¹ ), что приводит к увеличению интенсивности полосы. В исх. [24], Suragg et al. предложил гипотезу о том, что я ₂₈₆ / I ₃₀₅ соотношение может использоваться для определения порядка соединения. Равномерное соединение характеризуется более высоким значением коэффициента, и наоборот. Применяя это предположение, интенсивность полосы увеличения отношения I ₂₈₈ / I ₃₀₅ и его корреляция с нашими результатами (уменьшение отношения I ₃₃₁ / I ₃₃₇ ) был основан. Оба значения указывают на порядок структуры соединения. Как видно, наиболее интенсивная полоса на 335 см ⁻¹ для симметрии A сдвигается на 2 см ⁻¹ после обработки, но его полуширина остается равной 10 см ⁻¹ соответствует таковому для необработанного образца. Мы предполагаем, что все улучшения произошли за счет упорядочения кристаллической решетки кестерита. Неупорядоченный кестерит имеет структуру, подобную станниту, и проявляется в спектре в виде полосы при 331 см ⁻¹ . [23]. Наше предположение основано на уменьшении отношения I ₃₃₁ / I ₃₃₇ равно 0,06 [22]. На вставке к рис. 5a мы демонстрируем три кривые и показываем, что индуцированные RF изменения стабильны во времени в любом случае в течение 1-месячного периода, на что указывает стабильность положений основных полос. В то же время полоса 370 см ⁻¹ соответствует CZTS и виден после того, как лечение исчезло в этот период. Увеличение интенсивности полосы на 370 см ⁻¹ по сравнению с исходными образцами было связано с обработкой радиочастотным излучением, поскольку после 1 месяца хранения на воздухе интенсивность полосы уменьшилась.

Рамановские спектры объемных образцов до ( синие кривые ) и после ( красные кривые ) RF обработка материалов. а CZTS ( вставка показывает спектры до, сразу после и через 1 месяц после радиочастотной обработки). б Пленка CZTSe, нанесенная на стекло с покрытием Cu / Mo ( вставка показывает деконволюцию по Лоренцеву аппроксимациям)

Аналогичная обработка была произведена для CZTSe, обработанного в многослойной конфигурации, и его деконволюционные спектры показаны на рис. 5b. Спектр характеризуется наличием двух основных пиков при 193 и 176 см ⁻¹ . идентифицированы как основные резонансы в CZTSe [25], а также как более слабые специфические пики CZTSe, расположенные на 223 и 245 см ⁻¹ . Полоса частот 223 см ⁻¹ соответствует колебанию кестеритоподобной структуры CZTSe симметрии E, полосы с частотой 245 см ⁻¹ что соответствует B-симметрии кестеритоподобной структуры [21, 26]. В отличие от CZTSSe, здесь нет четких спектральных особенностей, которые можно было бы связать с технологическими условиями. Положения вторичных фаз в основном для ZnSe и Cu ₂ SnSe ₃ отличаются от обсуждаемых в [5]. [25,26,27], в нашем случае без каких-либо значимых вторых фаз. Электронно-лучевое испарение объемных образцов в этом случае проводилось на подложке при нагреве до 190 ° C [28] без дополнительного отжига для достижения стехиометрии. Условия зависели от использования органического субстрата при последующей обработке. Тем не менее, обработка RF также привела к положительному эффекту для спектра CZTSe, основная полоса которого была сдвинута на 2 см ⁻¹ от 191 см ⁻¹ (синяя кривая) до 193 см ⁻¹ (красная кривая). Это дает основания предполагать, что влияние обработки оказывает схожий эффект для обоих материалов и связано с частичным уменьшением структурных дефектов.

Выводы

В данной работе для улучшения оптических свойств массивных и тонкопленочных образцов кестерита были применены плазменные разряды слабой мощности на водородной основе с использованием радиочастотного (13,56 МГц) электромагнитного поля. Структурные характеристики и оптические свойства изучались методами комбинационного рассеяния света, ИК-Фурье спектроскопии и спектроскопии отражения при нормальном падении. Было показано, что положение основной полосы кестерита (286 и 335 см ⁻¹ для CZTS) смещены в высокочастотную область на 2 см ⁻¹ а его полная ширина на полувысоте уменьшилась почти в два раза (для 286 см ⁻¹ Режим). Это приводит к увеличению интенсивности полосы. Аналогичный сдвиг на 2 см ⁻¹ относительно основной полосы A-симметрии проявляется в комбинационном рассеянии тонких пленок CZTSe. Анализ показал, что улучшения явились результатом упорядочения кристаллической решетки и были стабильными в течение 1 месяца. ИК-Фурье спектроскопия показала, что обработка образцов удаляла углеродные примеси и подавляла накопление sp ⁿ гибридизированные композиции. Спектры отражения преобразовывались в спектры поглощения с использованием интегралов дисперсии в видимой области спектра. Это позволило оценить псевдооптическую функцию, проводимость по Друде и изменение подвижности носителей, а также концентрацию до и после обработки плазмой. Therefore, plasma treatment resulted in not only surface cleaning from organic inclusions but also relieved internal stress. Such processing can be performed inside vacuum chambers during the post-processing stage. We conclude therefore that proposed hydrazine-free method of treatment can be applied for the creation of light absorbers with reduced strain and is suitable for the production of thin film multilayered solar cell.

Abbreviations

CZTS:

Cu₂ ZnSnS₄

CZTSe:

Cu₂ ZnSnSe₄

CZTSSe:

Cu₂ ZnSn(S, Se)₄

FTIR:

Fourier transform infrared spectroscopy

IR:

Infrared

RF:

Radio frequency

SCs:

Solar cells

TFSCs:

Thin film solar cells

XRD:

X-ray diffraction