Photoluminescence of the Cu₂ZnSnSe₄ Highly Compensated Compound with Kesterite Structure

   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 and
their nature was discussed.

1. 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

2. 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)

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

4. 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)

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

6. 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

7. 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

8. 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)

9. 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

10. 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)

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

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

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

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

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

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

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

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

19. 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]

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

21. 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

22. 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]

23. 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)

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

25. 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)

26. 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)

27. 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)

28. 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

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