Effects of 4 MeV Electron Irradiation on Radiative Recombination of Cu(In,Ga)(S,Se)2 Thin Films in Solar Cells Structure
Abstract
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.
About the Authors
V. D. ZhivulkoBelarus
Minsk
A. V. Mudryi
Belarus
Minsk
O. M. Borodavchenko
Belarus
Minsk
E. V. Lutsenko
Belarus
Minsk
V. N. Pavlovskii
Belarus
Minsk
G. P. Yablonskii
Belarus
Minsk
M. V. Yakushev
Russian Federation
Ekaterinburg
References
1. M. A. Green, E. D. Dunlop, M. Yoshita, N. Kopidacis, K. Bothe, G. Siefer, X. Xao. Prog. Photovolt. Res. Appl., 31 (2023) 651—653
2. T. Nishimura, S. Toki, H. Sugiura, N. Nakada, A. Yamada. Prog. Photovolt: Res. Appl., 26, N 4 (2017) 291—302
3. A. Polman, M. Knight, E. C. Garnett, B. Ehrler, W. C. Sinke. Science, 352, N 6283 (2016) aad4424(1—11)
4. 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—850
5. J. Chantana, Y. Kawana, T. Nishimura, T. Kato, H. Sugimoto. Sol. Energy 184 (2019) 553—560
6. P. Jackson, D. Hariskos, R. Wuerz, W. Wischmann, M. Powalla. Phys. Stat. Sol. RRL, 8, N 3 (2014) 219—222
7. P. Jackson, R. Wuerz, D. Hariskos, E. Lotter, W. Witte, M. Powalla. Phys. Stat. Sol. RRL, 10, N 8 (2016) 583—586
8. M. Nakamura, K. Yamaguchi, Y. Kimoto, Y. Yasaki, T. Kato, H. Sugimoto. IEEE J. Photovolt., 9, N 6 (2019) 1863—1867
9. M. Imaizumi, T. Sumita, S. Kawakita, K. Aoyama, O. Ansawa, T. Aburaya, T. Hisamatsr, S. Matsuda. Prog. Photovolt: Res. Appl., 13, N 2 (2005) 93—102
10. F. H. Karg. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 66 (2001) 645—653
11. V. 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—267
12. F. Karg. Energy Proc., 15 (2012) 275—282
13. 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]
14. Б. И. Шкловский, А. Л. Эфрос. Электронные свойства легированных полупроводников, Москва, Наука (1979)
15. А. П. Леванюк, В. В. Осипов. Успехи физ. наук, 133, № 3 (1981) 427—477
16. T. Gokmen, O. Gunawan, T. K. Todorov, D. B. Mitzi. Appl. Phys. Lett., 103, N 10 (2013) 103506(1—5)
17. R. W. Martin, P. G. Middleton, K. P. O’Donnell, W. Van der Stricht. Appl. Phys. Lett., 74, N 2 (1999) 263—265
18. G. Rey, G. Larramona, S. Bourdais, C. Chone, B. Delatouche, A. Jacob, G. Dennler. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 179 (2018) 142—151
19. S. 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—1246
20. И. 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—1065
21. S. A. Schumacher, J. R. Botha, V. Alberts. J. Appl. Phys., 99, N 6 (2006) 063508(1—8)
22. J. K. Katahara, H. W. Hillhouse. J. Appl. Phys., 116, N 17 (2014) 173504(1—12)
23. J. Chantana, T. Kato, H. Sugimoto, T. Minemoto. Current Appl. Phys., 17, N 4 (2019) 461—466
24. T. Kato, J. L. Wu, Y. Hirai, H. Sugimoto, V. Bermudez. IEEE J. Photovolt., 9, N 1 (2019) 325—330
25. S. B. Zhang, S. H. Wei, A. Zunger, H. Katayama-Yoshida. Phys. Rev. B., 57, N 1 (1998) 9642—9656
26. J. Pohl, K. Albe. Phys. Rev. B., 87, N 24 (2013) 245203(1—16)
27. 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)
28. 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—493
29. О. М. Бородавченко, В. Д. Живулько, А. В. Мудрый, М. В. Якушев, И. А. Могильников. ФТП, 55, № 2 (2021) 127—133
30. 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]
31. 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]
Review
For citations:
Zhivulko V.D., Mudryi A.V., Borodavchenko O.M., Lutsenko E.V., Pavlovskii V.N., Yablonskii G.P., Yakushev M.V. Effects of 4 MeV Electron Irradiation on Radiative Recombination of Cu(In,Ga)(S,Se)2 Thin Films in Solar Cells Structure. Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii. 2024;91(4):496-504. (In Russ.)