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van der Waals Epitaxy of Earth-Abundant Zn <sub/>3</sub> P <sub/>2</sub> on Graphene for Photovoltaics

DOI:10.1021/acs.cgd.0c00125 期刊:Crystal Growth & Design 出版年份:2020 更新时间:2025-09-19 17:13:59
摘要: Earth-abundant semiconducting materials are a potential solution for large-scale deployment of solar cells at a lower cost. Zinc phosphide (Zn3P2) is one such earth-abundant material with optoelectronic properties suitable for photovoltaics. Herein, we report the van der Waals epitaxy of tetragonal Zn3P2 (α-Zn3P2) on graphene using molecular beam epitaxy (MBE). The growth on graphene progresses by the formation of Zn3P2 triangular flakes, which merge to form a thin film with a strong (101) crystallographic texture. Photoluminescence (PL) from the Zn3P2 thin films is consistent with previously reported Zn3P2. This work demonstrates that the need of a lattice-matched substrate can be circumvented by the use of graphene as a substrate. Moreover, the synthesis of high-quality Zn3P2 flakes and films on graphene brings new material choices for low-cost photovoltaic applications.
作者: Rajrupa Paul,Nicolas Humblot,Simon Escobar Steinvall,Elias Zsolt Stutz,Shreyas Sanjay Joglekar,Jean-Baptiste Leran,Mahdi Zamani,Cyril Cayron,Roland Logé,Andres Granados del Aguila,Qihua Xiong,Anna Fontcuberta i Morral
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Investigating the van der Waals epitaxy of earth-abundant Zn3P2 on graphene for photovoltaic applications.

The study successfully demonstrated the growth of high-quality crystalline Zn3P2 on graphene via van der Waals epitaxy using MBE. The Zn3P2 films exhibited a strong (101) crystallographic texture and optical properties consistent with previous reports. This work opens new avenues for integrating earth-abundant materials with graphene for photovoltaic applications.

The growth on graphene is highly sensitive to growth conditions and defects on graphene, which can affect nucleation and growth. The narrow growth window for crystalline α-Zn3P2 on graphene and the presence of defects in samples grown for longer durations may limit the quality of the films.

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