Целевые изменения в составе кестеритных полупроводников могут улучшить их свойства при использовании в качестве поглощающего материала в фотоэлементах. Как показала команда ученых из Центра Гельмгольца в Берлине, это особенно касается тех кестеритов, в которых олово было заменено германием. Ученые исследовали образцы с использованием нейтронной дифракции на исследовательском реактор BER II и других методов анализа. Работа была выбрана для титульной страницы журнала CrystEngComm.
Кестериты представляют собой полупроводниковые соединения, изготовленные из меди, олова, цинка и селена. Эти полупроводники могут использоваться в качестве поглощающего материала в фотоэлементах, но их эффективность достигает всего 12,6%, тогда как фотоэлементы, изготовленные из селенида меди-индия-галлия (CIGS), уже достигают более 20%. Тем не менее, кестериты считаются интересной альтернативой фотоэлементам CIGS, поскольку они состоят из часто встречающихся химических элементов, поэтому не ожидается никаких узких мест по их добыче. Команда во главе с профессором д-ром Зузан Шорр из Центра Гельмгольца в Берлине исследовала серию «нестехиометрических» образцов кестеритов и показала взаимосвязь между составом и оптоэлектронными свойствами. Во время синтеза образцов атомы олова были заменены германием.
Ученые исследовали эти образцы с помощью нейтронной дифракции на реакторе BER II, потому что при таком методе исследований медь, цинк и германий очень хорошо отличаются друг от друга и легко определяется их местоположение в кристаллической решетке. Вывод: кестериты с низким содержанием меди и высоким содержанием цинка, что уже можно обнаружить в фотоэлементах с наивысшей эффективностью, имеют самую низкую концентрацию точечных дефектов и самую низкую неупорядоченность меди-цинка. Чем больше в меди в составе, тем выше концентрация других точечных дефектов, что, как правило, отрицательно сказывается на мощности фотоэлементов. Дальнейшие исследования показали, как так называемый зазор между энергетическими зонами зависит от состава образцов порошка кестерита.
«Этот зазор является свойством полупроводников и определяет, какие частоты света в материале будут выбивать носителей заряда,» — объясняет Рене Гундер, первый автор работы. «Теперь мы знаем, что германий увеличивает оптический зазор, позволяя материалу преобразовывать большую часть солнечного света в электрическую».
«Мы убеждены, что такие кестериты не только подходят для использования в фотоэлементах, но также и для других применений: например, кестериты в качестве фотокатализаторов могут разделять воду на водород и кислород с помощью солнечного света и хранить солнечную энергию в виде химической энергии», — подчеркивает Зузан Шорр.
Эта работа была опубликована в CrystEngComm (2018): «Структурная характеристика нестехиометрических полупроводниковых соединений Cu2ZnGeSe4 кестеритного типа: от распределения катионов до плотности поверхностных дефектных точек»; Р. Гундер, Ж. А. Маркес-Прието, Г. Гурьева, Т. Унольд и С. Шорр
Источник: http://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=14800&sprache=de&typoid=1