锌锡氮化物掺杂调控与输运性质的组合研究
材料科学
2016-01-14 v3
摘要
ZnSnN2 是一种富含地球元素、类似于 III-氮化物的材料，由于其直接带隙、陡峭吸收边以及无序驱动的带隙可调性，具有作为太阳能吸收层的潜力。尽管有这些理想性质，在关于该材料的有限文献中，基本带隙与简并 n 型载流子密度之间的差异一直是普遍存在的问题。利用组合 RF 共溅射方法，我们得以在 35-340 摄氏度与 0.30-0.75 Zn/(Zn+Sn) 范围内探索 Zn(1+x)Sn(1-x)N(2) 的生长温度-组分空间。借此，我们确定了获得具有纤锌矿晶体结构且载流子密度低至 1.8 x 10^(18) cm^(-3) 的沉积薄膜的最佳沉积参数集。发现在 230 摄氏度、Zn/(Zn+Sn) = 0.60 下生长的薄膜具有最大的总体晶粒尺寸（平均直径 70 nm），同时表现出低载流子密度（3 x 10^(18) cm^(-3)）和高迁移率（8.3 cm^(2) V^(-1) s^(-1)）。此外，我们报告了 Burstein-Moss 移位的证据，即随着阳离子组分变得越来越富 Sn，表观带隙增宽，并且载流子密度可作为阳离子组分的函数进行调控（Zn 含量越高载流子密度越低），这表明了缺陷复合物的形成。总之，这些发现为 Zn-Sn-N 材料体系的基本属性提供了重要见解，并突出了利用 ZnSnN2 用于光伏的潜力。
引用
@article{arxiv.1504.01819,
title = {Combinatorial Insights into Doping Control and Transport Properties of Zinc Tin Nitride},
author = {Angela N. Fioretti and Andriy Zakutayev and Helio Moutinho and Celeste Melamed and John D. Perkins and Andrew G. Norman and Mowafak Al-Jassim and Eric S. Toberer and Adele C. Tamboli},
journal= {arXiv preprint arXiv:1504.01819},
year = {2016}
}
备注
Version submitted to Energy & Environmental Science. 14 pages, 10 figures