References

zhps

Журнал прикладной спектроскопии

Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii

0514-7506

B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences

zhps-2349

Research Article

Статьи

Фотолюминесценция сильно компенсированного соединения Cu2ZnSnSe4 со структурой кестерита

Photoluminescence of the Cu2ZnSnSe4 Highly Compensated Compound with Kesterite Structure

Живулько

В. Д.

Zhivulko

V. D.

Минск

Minsk

zhivulko@physics.by

Мудрый

А. В.

Mudryi

A. V.

Минск

Minsk

Бородавченко

О. М.

Borodavchenko

O. M.

Минск

Minsk

Усенко

К. В.

Usenko

K. V.

Минск

Minsk

Луценко

Е. В.

Lutsenko

E. V.

Минск

Minsk

Павловский

В. Н.

Pavlovskii

V. N.

Минск

Minsk

Яблонский

Г. П.

Yablonskii

G. P.

Минск

Minsk

Якушев

М. В.

Yakushev

M. V.

Екатеринбург; Великобритания; Глазго

Ekaterinburg; UK; Glasgow

Научно-практический центр НАН Беларуси по материаловедениюБеларусьScientific-Practical Material Research Centre of the National Academy of Sciences of BelarusBelarus

Институт физики НАН БеларусиБеларусьB. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of BelarusBelarus

Институт физики металлов им. М. Н. Михеева Уральского отделения РАН; Уральский федеральный университет; Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН; Университет СтратклайдаРоссияM. 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 RAS; Strathclyde UniversityRussian Federation

2026

10092026

933377385

2026

Живулько В.Д., Мудрый А.В., Бородавченко О.М., Усенко К.В., Луценко Е.В., Павловский В.Н., Яблонский Г.П., Якушев М.В.

Zhivulko V.D., Mudryi A.V., Borodavchenko O.M., Usenko K.V., 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/2349

По данным исследования спектров фотолюминесценции (ФЛ) и возбуждения ФЛ тонких пленок соединения Cu2ZnSnSe4 со структурой кестерита определена оптическая ширина запрещенной зоны Eg ≈ 1.052 эВ при температуре 6 К. В диапазоне температур 6—300 К установлены механизмы излучательной рекомбинации неравновесных носителей заряда, определяющие появление широких полос ФЛ в области энергий 0.7—1.1 эВ. Для прямозонного соединения Cu2ZnSnSe4 p-типа проводимости обнаружен эффект перераспределения интенсивности между каналами излучательной рекомбинации в спектральной области 0.93—0.99 эВ, указывающий на наличие глубоких акцепторных и донорных уровней в запрещенной зоне. По данным тушения интенсивности широких полос ФЛ в области энергий 0.7—1.0 эВ определена термическая энергия активации каналов безызлучательной рекомбинации с участием дефектов структуры, обсуждается их природа.

Based on the photoluminescence (PL) and PL excitation spectra of the Cu2ZnSnSe4 thin film compound with the kesterite structure the optical width of the direct band gap was determined to be Eg ≈ 1.052 eV at the temperature of 6 K. In the temperature range of 6–300 K the mechanisms of radiative recombination of nonequilibrium charge carriers were established. These mechanisms determine the appearance of wide PL bands in the energy region of 0.7–1.1 eV. For the direct-gap compound Cu2ZnSnSe4 with p-type conductivity the effect of redistribution of the intensity between radiative recombination channels in the spectral region of 0.93–0.99 eV was detected, indicating the presence of deep acceptor and donor levels in the band gap. Based on the data on the intensity quenching of broad PL bands in the energy range of 0.7—1.0 eV the thermal activation energy of nonradiative recombination channels involving structural defects was determined andtheir nature was discussed.

Cu2ZnSnSe4тонкая пленкафотолюминесценциядефект структурыширина запрещенной зоны

Cu2ZnSnSe4thin filmphotoluminescencestructural defectband gap

Работа выполнена в рамках проекта Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований № Ф24–010 и проекта Министерства науки и высшего образования РФ (“Спин” № 122021000036-3)

The work was carried out as part of the project of the Belarusian Republican Fund for Fundamental Research No. F24–010 and the project of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (“Spin” No. 122021000036-3)

References1

M. A. Green, E. D. Dunlop, M. Yoshita, N. Kopidakis, K. Bothe, G. Siefer, X. Hao, J. Y. Jiang. Prog. Photovolt. Res. Appl., 33, N 7 (2025) 795—810

L. Lou, J. Wаng, Y. Li, K. Yin, X. Xu, B. Zhang, M. Jiao, S. Chen, T. Guo. J. Wаng, Y. Li, J. Shi, H. Wu, R. Xiao, H. Xin, Y. Luo, D. Li, Q. Meng. Joule, 9 (2025) 102091(1—7)

G.Gurieva, K. Emits, S. Levchenko, A. Franz, D. Meissner, S. Schor. Phys. Rev. Mater., 9 (2025) 075403(1—10)

Y. Li, C. Cui, H. Wei, Z. Zhao, Z. Wu, S. Zhang, X. Wang, S. Pang, G. Cui. Adv. Mater., 34, N 25 (2024) 2400138(1—8)

D. Fritsch, S. Schorr. J. Phys. Cond. Mater., 36, N 37 (2024) 375102(1—8)

J. Zhou, X. Xu, H. Wu, J. Wang, L. Lou, K. Yin, Y. Gong, J. Shi, Y. Lou, D. Li, H. Xin, Q. Meng. Nature Energy, 8, N 5 (2023) 526—535

S. Tao, L. Dong, J. Han, Y. Wang, G. Gong, J. Wei, M. Zhan, D. Zhuang. J Mater. Chem. A, 11, N 11 (2023) 9085—9096

J. Sendler, M. Thevenin, F. Werner, A. Redinger, S. Li, C. Hagglund, C. Platzer-Bjorkman, S. Siebentritt. J. Appl. Phys., 120, N 12 (2016) 125701(1—7)

J. Marquez-Prieto, M. V. Yakushev, I. Forbes, J. Krustok, P. R. Edwards, V. D. Zhivulko, O. M. Borodavchenko, A. V. Mudryi, M. Dimitrievska, V. Izquerdo-Roca, N. M. Pearsall, R. W. Martin. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 152 (2016) 42—50

M. V. Yakushev, J. Marquez-Prieto, I. Forbes, P. R. Edwards, V. D. Zhivulko, A. V. Mudryi, J. Krustok, R. W. Martin. J. Phys. D: Appl. Phys., 48 (2017) 475109(1—7)

G. Rey, G. Larramona, S. Bourdais, C. Chone, B. Delatouche, A. Jacob, G. Dennler. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 179 (2018) 142—151

F. I. Lai, D. H. Hsieh, J. F. Yang, Y. C. Hsu, S. Y. Kuo. Solar Energy, 251 (2023) 240—248

İ. Mengü, J. Krustok, R. Kaupmees, V. Mikli, M. Kauk-Kuusik, M. Grossberg-Kuusk. Mater. Chemistry. Phys., 301 (2023) 127685(1—7)

А. П. Леванюк, В. В. Осипов. Успехи физ. наук, 133, № 3 (1981) 427—477

I. Dirnstorfer, M. Wagner, D. M. Hofmann, M. D. Lampert, F. Karg, B. K. Meyer. Phys. Status Solidi (a), 168 (1998) 163—175

Б. И. Шкловский, А. Л. Эфрос. Электронные свойства легированных полупроводников, Москва, Наука (1979)

В. В. Осипов, Т. И. Соболева, М. Г. Фойгель. ФТП 11, № 7 (1977) 1277—1288

Н. А. Поклонский, А. И. Сагло. ФТТ, 43, № 1 (2001) 152—158

Н. А. Поклонский, С. А. Вырко. Журн. прикл. спектр., 69, № 3 (2002) 375—382 [N. A. Poklonskii, S. A. Vyrko. J. Appl. Spectr., 69 (2002) 434—443]

T. Gokmen, O. Gunawan, T. K. Todorov, D. B. Mitzi. Appl. Phys. Lett., 103, N 10 (2013) 103506(1—5)

В. Д. Живулько, А. В. Мудрый, Е. В. Луценко, В. Н. Павловский, Г. П. Яблонский, I. Forbes, М. В. Якушев. ФТТ, 66, № 10 (2024) 1699—1707

В. Д. Живулько, А. В. Мудрый, O. M. Бородавченко, Е. В. Луценко, В. Н. Павловский, Г. П. Яблонский, М. В. Якушев. И. Д. Мялик, А. В. Мудрый, М. В. Якушев. Журн. прикл. спектр., 91, № 4 (2024) 496—504 [V. D. Zhivulko, A. V. Mudryi, O M. Borodavchenko, E. V. Lutsenko, V. N. Pavlovskii, G. P. Yablonskii, M. V. Yakushev. J. Appl. Spectr., 91 (2012) 734—741]

J. Bhosale, A. K. Ramdas, A. Burger, A. Munoz, A. H. Romero, M. Cardona, R. Lauck, R. K. Kremer. Phys. Rev. B, 86 (2012) 195208(1—10)

T. Gurel, C. Sevik, T. Cagin. Phys. Rev. B, 84 (2011) 205201(1—7)

M. Leon, S. Levchenko, R. Serna, I. V. Bodnar, A. Nateprov, M. Guk, G. Gurieva, N. Lopez, J. M. Marino, R. Caballero, S. Shorr, A. Perez-Rodrigues, E. Arushanov. Appl. Phys. Lett., 105, N 6 (2014) 061909(1—4)

D. Nam, J. Kim, J.-U. Lee, A. Nagaoka, K. Yoshina, W. Cha, H. Kim, I. C. Hwang, K. B. Yoon, H. Cheong. Appl. Phys. Lett., 105, N 17 (2014) 173903(1—5)

F. Luckert, D. I. Hamilton, M. V. Yakushev, N. S. Beattie, G. Zoppi, M. Moynihan, I. Forbes, A. V. Karotki, A. V. Mudryi, M. Grossberg, J. Krustok, R. W. Martin. Appl. Phys. Lett., 99, N 6 (2011) 062104(1—3)

M. V. Yakushev, I. Forbes, A. V. Mudryi, M. Grossberg, J. Krustok, N. S. Beattie, M. Moynihan, A. Rockett, R. W. Martin. Thin Solid Films, 582 (2015) 154—157

S. Chen, A. Walsh, X.-G. Gong, Su-H. Wei. Adv. Mater., 25 (2013) 1522—1539

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