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采用掠入射X射线衍射技术表征薄膜太阳能电池中Cu(In1-xGax)Se2吸收层晶格参数梯度

DOI：10.1016/j.jmst.2020.04.004 期刊：Journal of Materials Science & Technology 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： Cu(In1-xGax)Se2（CIGS）吸收层中的In或Ga梯度会导致吸收层晶格参数变化，进而引发与CIGS太阳能电池吸收能力直接相关的吸收层带隙梯度。我们采用掠入射X射线衍射（GIXRD）技术对CIGS吸收层的晶格参数深度分布进行表征，从而确定吸收层中In或Ga的梯度分布，并研究其带隙梯度特性。当掠入射角从0.50°增至5.00°时，CIGS吸收层的a和c晶格参数分别从5.7776(3)?和11.3917(3)?逐渐降至5.6905(2)?和11.2114(2)?。晶格参数随入射角的深度分布特征与吸收层中In/Ga组分沿深度方向的垂直变化规律一致，这种变化源于同晶位共占的In与Ga离子半径差异。根据GIXRD数据精修参数的深度分布结果，CIGS吸收层的带隙在1.222至1.532 eV范围内呈现梯度分布。该方法通过GIXRD数据精修晶格参数（基于晶格参数或晶胞体积变化符合Vegard定律的良好近似假设），实现了对带隙深度分布的非破坏性推测。
作者： Yong-Il Kim，Ki-Bok Kim，Miso Kim
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

采用掠入射X射线衍射（GIXRD）技术表征CIGS吸收层晶格参数的深度分布，并研究其带隙梯度变化。

研究成果

该研究利用掠入射X射线衍射（GIXRD）技术成功表征了铜铟镓硒（CIGS）吸收层晶格参数的深度分布。结果表明，吸收层的晶格参数和带隙随深度呈梯度变化，这与In或Ga的成分梯度一致。该方法为估算带隙深度分布及理解材料电子特性提供了一种无损检测手段。

研究不足

该研究假设晶格参数或单胞体积的变化遵循Vegard定律，但这可能无法解释材料性能的所有可能变化。此外，该技术的分辨率受限于X射线穿透深度和衍射方法的灵敏度。

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