カルコゲナイド表面の化学的不安定性は、カルコパイライトデバイスの表面をはるかに超えて影響を与えます

Chemical instability at chalcogenide surfaces impacts chalcopyrite devices well beyond the surface.

• Diego Colombara
• Hossam Elanzeery
• Nicoleta Nicoara
• Deepanjan Sharma
• Marcel Claro
• Torsten Schwarz
• Anna Koprek
• Max Hilaire Wolter
• Michele Melchiorre
• Mohit Sood
• Nathalie Valle
• Oleksandr Bondarchuk
• Finn Babbe
• Conrad Spindler
• Oana Cojocaru-Miredin
• Dierk Raabe
• Phillip J Dale
• Sascha Sadewasser
• Susanne Siebentritt

抄録

材料の電気的および光電子的特性は、その構成要素の化学的電位によって決定されます。このようにして、点欠陥の相対密度を制御することで、微細構造、トラップ密度、ドーピングレベルを工夫することができます。ここでは、カルコゲナイド材料の存在領域の端部付近の化学ポテンシャルが、成長中だけでなく、後処理によって室温でも決定されることを示している。特に、カルコゲナイド半導体やトポロジカル絶縁体において重要な欠陥であるアニオン空孔の発生について研究している。CuInSe太陽電池の例では、酸化により単相物質が相境界を越えて表面二次相を形成し、それによりアニオン空孔が発生することを明らかにしています。このような準安定点欠陥集団の発生が、性能低下の共通の根本原因であることを説明している。本研究では、化学処理によって選択的に欠陥を消滅させることで、空孔形成を抑制し、CuInSe太陽電池の性能を向上させる方法を示した。

The electrical and optoelectronic properties of materials are determined by the chemical potentials of their constituents. The relative density of point defects is thus controlled, allowing to craft microstructure, trap densities and doping levels. Here, we show that the chemical potentials of chalcogenide materials near the edge of their existence region are not only determined during growth but also at room temperature by post-processing. In particular, we study the generation of anion vacancies, which are critical defects in chalcogenide semiconductors and topological insulators. The example of CuInSe photovoltaic semiconductor reveals that single phase material crosses the phase boundary and forms surface secondary phases upon oxidation, thereby creating anion vacancies. The arising metastable point defect population explains a common root cause of performance losses. This study shows how selective defect annihilation is attained with tailored chemical treatments that mitigate anion vacancy formation and improve the performance of CuInSe solar cells.