Cd掺入作为避免Cu/Zn无序在kesterite中的一种方法：Cu₂(Cd,Zn)SnS₄中的kesterite-stannite结构转变

摘要 最近报道基于Cu₂ZnSn(S,Se)₄ (CZTSSe)的薄膜器件达到了16.6%的新功率转化效率记录。偏离化学计量会引入固有点缺陷，强烈影响材料的电子性能。此外，这些化合物中总是存在Cu/Zn无序，并被讨论为带尾的可能来源。阳离子突变策略可以通过诱导从kesterite到stannite类型的结构变化来最小化这种无序。一个选择是在CZTS中用Cd²⁺替代Zn²⁺。在所得到的固溶体中，端成员以不同的结构结晶：kesterite型的Cu₂ZnSnS₄和stannite型的Cu₂CdSnS₄。通过中子衍射研究了Cu₂(Zn₁₋ₓCdₓ)SnS₄单晶的晶体结构、阳离子分布和固有点缺陷情形。对于0 ⩽ x ⩽ 0.38，混合晶体采用kesterite结构，随着Cd含量增加Cu/ B I I无序逐渐增大。对于0.57 ⩽ x ⩽ 1.0，材料以stannite型结构结晶，完全没有Cu/ B I I无序。阳离子分布的突然变化表明过渡发生在狭窄的成分范围内(0.38 < x < 0.57)。基于在x = 0.38和0.57时的四方扭曲(c/2a)和阳离子分布，过渡机制可能与Cu₂(Zn₁₋ₓMnₓ)SnSe₄中的相似。