Composition dependence of defect energies and band alignments in the Cu(In1−xGax)(Se1−ySy)2 alloy system

接受者 材料科学 黄铜矿 合金 异质结 分析化学(期刊) 微晶 带偏移量 带隙 费米能级 半导体 价(化学) 凝聚态物理 光电子学 化学 价带 冶金 量子力学 物理 电子 有机化学 色谱法
作者
M. Turcu,I. Kötschau,Uwe Rau
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:91 (3): 1391-1399 被引量:117
标识
DOI:10.1063/1.1432126
摘要

The composition dependence of defect energies in polycrystalline Cu(In1−xGax)(Se1−ySy)2 chalcopyrite thin films is investigated by admittance spectroscopy of ZnO/CdS/chalcopyrite heterojunctions. We determine the band alignments within the polycrystalline Cu(In1−xGax)(Se1−ySy)2 semiconductor system using the energy position of the dominant acceptor state as a reference level. Upon alloying CuInSe2 with S the activation energy of the acceptor increases from 300 meV to approximately 380 meV in CuIn(Se0.4S0.6)2. A similar result holds when using Cu(In1−xGax)(Se1−ySy)2 with x≈0.3. In contrast, the acceptor activation energy remains essentially unchanged in the Cu(In1−xGax)Se2 alloy system over the whole composition range 0⩽x⩽1. Taking the acceptor energy as reference, we find a valence band offset ΔEV=−0.23 eV between CuInSe2 and CuInS2. The same valence band offset is found between Cu(In0.7Ga0.3)Se2 and Cu(In0.7Ga0.3)S2. In contrast, the combination CuInSe2/CuGaSe2 displays ΔEV below 0.04 eV. Our results indicate that a bulk reference level exists in the Cu(In1−xGax)(Se1−ySy)2 semiconductors which sets the band structure on a common energy scale, thus establishing the natural band lineups within the alloy system automatically. This conclusion is sustained by our finding that the position of the Fermi level at the CdS/chalcopyrite interface exhibits a constant energy distance to the acceptor level. The concentration of bulk acceptors is in addition correlated to the open circuit voltage losses of heterojunction solar cells.

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