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Cu2ZnGe(S1-xSex)4——合成单相材料的挑战

DOI：10.1016/j.tsf.2018.11.039 期刊：Thin Solid Films 出版年份：2018 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： Cu2ZnGeSe4和Cu2ZnGeS4的带隙能量在1.4 eV至1.7 eV范围内变化，这种通过不同S/(S+Se)比例调控的特性使Cu2ZnGe(S1-xSex)4固溶体成为多结太阳能电池应用中的有趣材料。然而，由于存在多种多晶型态，该体系具有一定复杂性：Cu2ZnGeSe4结晶为四方晶系铜锌锡硫矿结构，而Cu2ZnGeS4可能形成四方晶系锡矿或正交晶系钨锡矿结构。为深入研究这一复杂体系，采用固相反应法制备的多晶材料对Cu2ZnGe(S1-xSex)4固溶体系列进行了系统研究。波长色散X射线光谱化学分析显示样品内存在显著不均匀性，多种四元相共存，同时还观察到大量二元、三元次生相及单质锗。富硫样品中的次生相种类多于富硒样品。因此，合成非化学计量的Cu2ZnGe(S1-xSex)4混合晶体极易伴随各种次生相的形成，这使得获得单相材料成为一项艰巨任务。
作者： Sara Niedenzu，Galina Gurieva，Susan Schorr
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究固溶体Cu2ZnGe(S1-xSex)4的合成与表征，以理解其复杂体系及在多结太阳能电池中的潜在应用。

研究成果

通过固相反应合成了全组分范围内Cu2ZnGe(S1-xSex)4固溶体的多晶粉末材料。化学分析表明，大多数样品中存在多个四元相，并伴有广泛的次生相。次生相的种类通常随硫含量增加的样品而增多。次生相的存在以及四元相的非化学计量比是该固溶体面临的两大主要问题。

研究不足

该固溶体的两个主要问题是次生相的存在以及四元相的非化学计量比。这可能是由于锗和硫的挥发性以及温度依赖性结构相变所致。

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