zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1602Research ArticleСПЕКТРОСКОПИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛSPECTROSCOPY OF SOLIDSВлияние облучения электронами с энергией 4 МэВ на излучательную рекомбинацию тонких пленок Cu(In,Ga)(S,Se)2 в структуре солнечных элементовEffects of 4 MeV Electron Irradiation on Radiative Recombination of Cu(In,Ga)(S,Se)2 Thin Films in Solar Cells StructureЖивулькоВ. Д.ZhivulkoV. D.

Минск

Minsk

zhivulko@physics.byМудрыйА. В.MudryiA. V.

Минск

Minsk

БородавченкоО. М.BorodavchenkoO. M.

Минск

Minsk

ЛуценкоЕ. В.LutsenkoE. V.

Минск

Minsk

ПавловскийВ. Н.PavlovskiiV. N.

Минск

Minsk

ЯблонскийГ. П.YablonskiiG. P.

Минск

Minsk

ЯкушевМ. В.YakushevM. V.

Екатеринбург

Ekaterinburg

ГО “НПЦ НАН Беларуси по материаловедению”State Scientific and Practical Center of the National Academy of Sciences of Belarus for Materials ScienceИнститут физики НАН БеларусиB. I. Stepanov Institute of Physics, National Academy of Sciences of BelarusИнститут физики металлов им. М. Н. Михеева, Уральское отделение РАН; Уральский федеральный университет; Институт химии твердого тела Уральского отделения РАНM. N. Mikheev Institute of Metal Physics of the Ural Branch of RAS; Ural Federal University; Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of RAS202401082024914496504Copyright © Живулько В.Д., Мудрый А.В., Бородавченко О.М., Луценко Е.В., Павловский В.Н., Яблонский Г.П., Якушев М.В., 20242024Живулько В.Д., Мудрый А.В., Бородавченко О.М., Луценко Е.В., Павловский В.Н., Яблонский Г.П., Якушев М.В.Zhivulko V.D., Mudryi A.V., Borodavchenko O.M., Lutsenko E.V., Pavlovskii V.N., Yablonskii G.P., Yakushev M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1602

Исследовано влияние облучения различными дозами электронов с энергией 4 МэВ на процессы излучательной рекомбинации неравновесных носителей заряда в тонких пленках Cu(In,Ga)(S,Se)2 солнечных элементов. Установлено, что близкраевая фотолюминесценция (ФЛ) в области энергий ~0.9—1.2 эВ в необлученных и облученных пленках прямозонных твердых растворов Cu(In,Ga)(S,Se)2 обусловлена оптическими межзонными переходами и излучательной рекомбинацией через энергетические уровни дефектов структуры акцепторного и донорного типа в условиях наличия сильных флуктуаций потенциала. По данным измерения спектров ФЛ в диапазоне температур 5—300 К обнаружен эффект энергетического смещения максимумов полос близкраевой ФЛ и перераспределения их интенсивности в тонких пленках после облучения электронами с различными дозами. По данным тушения интенсивности полос ФЛ определены энергии активации процессов безызлучательной рекомбинации. Обсуждается возможная природа дефектов структуры в необлученных и облученных электронами пленках твердых растворов Cu(In,Ga)(S,Se)2.

The effect of irradiation with 4 MeV electrons of different doses on the processes of radiative recombination of nonequilibrium charge carriers in Cu(In,Ga)(S,Se)2 thin films of solar cells was studied. It was established that near-edge photoluminescence (PL) in the energy range of ~ 0.9—1.2 eV in non-irradiated and irradiated direct-gap Cu(In,Ga)(S,Se)2 solid solutions is caused by optical interband transitions and radiative recombination through the energy levels of acceptor and donor type structure defects in the presence of strong potential fluctuations. The effect of an energy shift of the maxima of near-edge PL bands and a redistribution of their intensity in thin films after electron irradiation depending on the irradiation dose was found based on measurements of PL spectra in the temperature range of 5—300 K. Based on the data on the quenching of PL bands intensity, the activation energies of nonradiative recombination processes were determined. The possible nature of structural defects in non-irradiated and electron-irradiated Cu(In,Ga)(S,Se)2 solid solutions is discussed.

Cu(InGa)(SSe)2тонкая пленкафотолюминесценцияэлектронное облучениедефекты структурыCu(InGa)(SSe)2thin filmphotoluminescenceelectron irradiationstructure defectsРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований, ГПНИ “Материаловедение, новые материалы и технологии” (подпрограмма “Физика конденсированного состояния и создание новых функциональных материалов и технологий их получения”, задание 1.4.4) (проект Ф22-064) и Министерства науки и высшего образования РФ (“Спин” № АААА-А18-118020290104-2).ReferencesM. A. Green, E. D. Dunlop, M. Yoshita, N. Kopidacis, K. Bothe, G. Siefer, X. Xao. Prog. Photovolt. Res. Appl., 31 (2023) 651—653M. A. Green, E. D. Dunlop, M. Yoshita, N. Kopidacis, K. Bothe, G. Siefer, X. Xao. Prog. Photovolt. Res. Appl., 31 (2023) 651—653T. Nishimura, S. Toki, H. Sugiura, N. Nakada, A. Yamada. Prog. Photovolt: Res. Appl., 26, N 4 (2017) 291—302T. Nishimura, S. Toki, H. Sugiura, N. Nakada, A. Yamada. Prog. Photovolt: Res. Appl., 26, N 4 (2017) 291—302A. Polman, M. Knight, E. C. Garnett, B. Ehrler, W. C. Sinke. Science, 352, N 6283 (2016) aad4424(1—11)A. Polman, M. Knight, E. C. Garnett, B. Ehrler, W. C. Sinke. Science, 352, N 6283 (2016) aad4424(1—11)M. A. Contreras, L. M. Mansfield, B. Egaas, J. Li, M. Romero, R. Noufi, E. Rudiger-Voight, W. Mannstadt. Prog. Photovolt: Res. Appl., 20, N 7 (2012) 843—850M. A. Contreras, L. M. Mansfield, B. Egaas, J. Li, M. Romero, R. Noufi, E. Rudiger-Voight, W. Mannstadt. Prog. Photovolt: Res. Appl., 20, N 7 (2012) 843—850J. Chantana, Y. Kawana, T. Nishimura, T. Kato, H. Sugimoto. Sol. Energy 184 (2019) 553—560J. Chantana, Y. Kawana, T. Nishimura, T. Kato, H. Sugimoto. Sol. Energy 184 (2019) 553—560P. Jackson, D. Hariskos, R. Wuerz, W. Wischmann, M. Powalla. Phys. Stat. Sol. RRL, 8, N 3 (2014) 219—222P. Jackson, D. Hariskos, R. Wuerz, W. Wischmann, M. Powalla. Phys. Stat. Sol. RRL, 8, N 3 (2014) 219—222P. Jackson, R. Wuerz, D. Hariskos, E. Lotter, W. Witte, M. Powalla. Phys. Stat. Sol. RRL, 10, N 8 (2016) 583—586P. Jackson, R. Wuerz, D. Hariskos, E. Lotter, W. Witte, M. Powalla. Phys. Stat. Sol. RRL, 10, N 8 (2016) 583—586M. Nakamura, K. Yamaguchi, Y. Kimoto, Y. Yasaki, T. Kato, H. Sugimoto. IEEE J. Photovolt., 9, N 6 (2019) 1863—1867M. Nakamura, K. Yamaguchi, Y. Kimoto, Y. Yasaki, T. Kato, H. Sugimoto. IEEE J. Photovolt., 9, N 6 (2019) 1863—1867M. Imaizumi, T. Sumita, S. Kawakita, K. Aoyama, O. Ansawa, T. Aburaya, T. Hisamatsr, S. Matsuda. Prog. Photovolt: Res. Appl., 13, N 2 (2005) 93—102M. Imaizumi, T. Sumita, S. Kawakita, K. Aoyama, O. Ansawa, T. Aburaya, T. Hisamatsr, S. Matsuda. Prog. Photovolt: Res. Appl., 13, N 2 (2005) 93—102F. H. Karg. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 66 (2001) 645—653F. H. Karg. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 66 (2001) 645—653V. Probst, W. Stetter, W. Riedel, H. Vogt, M. Wendl, H. Calwer, S. Zweigart, K. D. Ufert, B. Freienstein, H. Cerva, F. H. Karg. Thin Solid Films, 387 (2001) 262—267V. Probst, W. Stetter, W. Riedel, H. Vogt, M. Wendl, H. Calwer, S. Zweigart, K. D. Ufert, B. Freienstein, H. Cerva, F. H. Karg. Thin Solid Films, 387 (2001) 262—267F. Karg. Energy Proc., 15 (2012) 275—282F. Karg. Energy Proc., 15 (2012) 275—282О. М. Бородавченко, В. Д. Живулько, А. В. Мудрый, И. А. Могильников, М. В. Якушев. Журн. прикл. спектр., 88, № 1 (2021) 34—40 [O. M. Borodavchenko, V. D. Zhivulko, A. V. Mudryi, I. A. Mogilnkov, M. V. Yakushev. J. Appl. Spectr, 88 (2021) 27—32]О. М. Бородавченко, В. Д. Живулько, А. В. Мудрый, И. А. Могильников, М. В. Якушев. Журн. прикл. спектр., 88, № 1 (2021) 34—40 [O. M. Borodavchenko, V. D. Zhivulko, A. V. Mudryi, I. A. Mogilnkov, M. V. Yakushev. J. Appl. Spectr, 88 (2021) 27—32]Б. И. Шкловский, А. Л. Эфрос. Электронные свойства легированных полупроводников, Москва, Наука (1979)Б. И. Шкловский, А. Л. Эфрос. Электронные свойства легированных полупроводников, Москва, Наука (1979)А. П. Леванюк, В. В. Осипов. Успехи физ. наук, 133, № 3 (1981) 427—477А. П. Леванюк, В. В. Осипов. Успехи физ. наук, 133, № 3 (1981) 427—477T. Gokmen, O. Gunawan, T. K. Todorov, D. B. Mitzi. Appl. Phys. Lett., 103, N 10 (2013) 103506(1—5)T. Gokmen, O. Gunawan, T. K. Todorov, D. B. Mitzi. Appl. Phys. Lett., 103, N 10 (2013) 103506(1—5)R. W. Martin, P. G. Middleton, K. P. O’Donnell, W. Van der Stricht. Appl. Phys. Lett., 74, N 2 (1999) 263—265R. W. Martin, P. G. Middleton, K. P. O’Donnell, W. Van der Stricht. Appl. Phys. Lett., 74, N 2 (1999) 263—265G. Rey, G. Larramona, S. Bourdais, C. Chone, B. Delatouche, A. Jacob, G. Dennler. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 179 (2018) 142—151G. Rey, G. Larramona, S. Bourdais, C. Chone, B. Delatouche, A. Jacob, G. Dennler. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 179 (2018) 142—151S. Thomas, T. Bertram, C. Kaufman, T. Kodalle, J. A. Marquez Prieto, H. Hempel, L. Choubrac, W. White, D. Hariskos, R. Mainz, R. Carron, J. Keller, P. Reyes-Figueroa, R. Klenk, D. Abou-Ras. Prog. Photovolt: Res. Appl., 30 (2022) 1238—1246S. Thomas, T. Bertram, C. Kaufman, T. Kodalle, J. A. Marquez Prieto, H. Hempel, L. Choubrac, W. White, D. Hariskos, R. Mainz, R. Carron, J. Keller, P. Reyes-Figueroa, R. Klenk, D. Abou-Ras. Prog. Photovolt: Res. Appl., 30 (2022) 1238—1246И. Е. Свитенков, В. Н. Павловский, Е. В. Муравицкая, Е. В. Луценко, Г. П. Яблонский, О. М. Бородавченко, В. Д. Живулько, А. В. Мудрый, М. В. Якушев, С. О. Когновицкий. ФТП, 54, № 10 (2020) 1058—1065И. Е. Свитенков, В. Н. Павловский, Е. В. Муравицкая, Е. В. Луценко, Г. П. Яблонский, О. М. Бородавченко, В. Д. Живулько, А. В. Мудрый, М. В. Якушев, С. О. Когновицкий. ФТП, 54, № 10 (2020) 1058—1065S. A. Schumacher, J. R. Botha, V. Alberts. J. Appl. Phys., 99, N 6 (2006) 063508(1—8)S. A. Schumacher, J. R. Botha, V. Alberts. J. Appl. Phys., 99, N 6 (2006) 063508(1—8)J. K. Katahara, H. W. Hillhouse. J. Appl. Phys., 116, N 17 (2014) 173504(1—12)J. K. Katahara, H. W. Hillhouse. J. Appl. Phys., 116, N 17 (2014) 173504(1—12)J. Chantana, T. Kato, H. Sugimoto, T. Minemoto. Current Appl. Phys., 17, N 4 (2019) 461—466J. Chantana, T. Kato, H. Sugimoto, T. Minemoto. Current Appl. Phys., 17, N 4 (2019) 461—466T. Kato, J. L. Wu, Y. Hirai, H. Sugimoto, V. Bermudez. IEEE J. Photovolt., 9, N 1 (2019) 325—330T. Kato, J. L. Wu, Y. Hirai, H. Sugimoto, V. Bermudez. IEEE J. Photovolt., 9, N 1 (2019) 325—330S. B. Zhang, S. H. Wei, A. Zunger, H. Katayama-Yoshida. Phys. Rev. B., 57, N 1 (1998) 9642—9656S. B. Zhang, S. H. Wei, A. Zunger, H. Katayama-Yoshida. Phys. Rev. B., 57, N 1 (1998) 9642—9656J. Pohl, K. Albe. Phys. Rev. B., 87, N 24 (2013) 245203(1—16)J. Pohl, K. Albe. Phys. Rev. B., 87, N 24 (2013) 245203(1—16)C. Spindler, F. Babbe, M. H. Wolter, F. Ehre, K. Santhosh, P. Hilbert, F. Werner, S. Siebentritt. Phys. Rev. Mater., 3 (2019) 09032(1—20)C. Spindler, F. Babbe, M. H. Wolter, F. Ehre, K. Santhosh, P. Hilbert, F. Werner, S. Siebentritt. Phys. Rev. Mater., 3 (2019) 09032(1—20)M. V. Yakushev, R. W. Martin, J. Krustok, H. W. Schock, R. D. Pilkington, A. E. Hill, R. D. Tomlinson. Thin Solid Films, 361-362 (2000) 488—493M. V. Yakushev, R. W. Martin, J. Krustok, H. W. Schock, R. D. Pilkington, A. E. Hill, R. D. Tomlinson. Thin Solid Films, 361-362 (2000) 488—493О. М. Бородавченко, В. Д. Живулько, А. В. Мудрый, М. В. Якушев, И. А. Могильников. ФТП, 55, № 2 (2021) 127—133О. М. Бородавченко, В. Д. Живулько, А. В. Мудрый, М. В. Якушев, И. А. Могильников. ФТП, 55, № 2 (2021) 127—133А. В. Мудрый, B. Ф. Гременок, А. В. Иванюкович, М. В. Якушев, Я. И. Феофанов. Журн. прикл. спектр., 72, № 6 (2005) 805—808 [A. V. Mudryi, V. F. Gremenok, A. V. Ivanyukovich, M. V. Yakushev, Ya. V. Feofanov. J. Appl. Spectr., 72 (2005) 883—886]А. В. Мудрый, B. Ф. Гременок, А. В. Иванюкович, М. В. Якушев, Я. И. Феофанов. Журн. прикл. спектр., 72, № 6 (2005) 805—808 [A. V. Mudryi, V. F. Gremenok, A. V. Ivanyukovich, M. V. Yakushev, Ya. V. Feofanov. J. Appl. Spectr., 72 (2005) 883—886]А. В. Мудрый, А. В. Иванюкович, М. В. Якушев, В. С. Куликаускас, В. С. Черныш. Журн. прикл. спектр., 73, № 6 (2006) 828—830 [A. V. Mudryi, A. V. Ivanyukovich, M. V. Yakushev, V. S. Kulikauskas, V. S. Chernysh. J. Appl. Spectr., 73 (2006) 928—933]А. В. Мудрый, А. В. Иванюкович, М. В. Якушев, В. С. Куликаускас, В. С. Черныш. Журн. прикл. спектр., 73, № 6 (2006) 828—830 [A. V. Mudryi, A. V. Ivanyukovich, M. V. Yakushev, V. S. Kulikauskas, V. S. Chernysh. J. Appl. Spectr., 73 (2006) 928—933]

The authors declare that there are no conflicts of interest present.