锌过量对Cu2ZnSn0.5Ge0.5Se4薄膜的成分、结构及振动特性的影响及其对太阳能电池效率的作用

摘要： 研究了锌含量对Cu2ZnSn1-xGexSe4（CZTGSe，x约0.5）薄膜的成分、结构及振动特性的影响。通过共蒸发法在5×5 cm2 Mo/SLG衬底上沉积黄锡矿层，随后进行最高温度为480°C的热处理，由于样品在共蒸发系统中的位置以及衬底上非均匀的温度分布，获得了具有不同成分和形貌的区域。锌含量较高的黄锡矿层具有较低的铜和锗含量；然而，在所有情况下均检测到吸收层中均匀的锗分布。拉曼光谱分析表明，过量的锌浓度导致在吸收层的表面和体相中形成ZnSe第二相。当吸收层中锗含量较高且不存在ZnSe时，会形成致密结构并具有更大的黄锡矿晶粒尺寸。这一效应可以解释太阳能电池开路电压较高的原因。锌含量对带隙能量（约1.3 eV）影响不显著，但观察到的CZTGSe中锌过量的影响导致器件性能从6.4%降至4.2%。本研究表明，在沉积过程中控制非化学计量比CZTGSe的成分对提升太阳能电池性能具有重要意义。