离子注入对znte：o中间带光伏材料的微观结构及光学特性的影响

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．23(2014)237103离子注入对ZnTe：O中间带光伏材料的微观结构及光学特性的影响冰甄康)顾然)叶建东)2)十顾书林)任芳芳)朱顺明)黄时敏)汤琨)唐东明)杨焱)张荣)郑有蚪)1)(南京大学电子科学与工程学院，南京210093)2)(DepartmentofElectronicMaterialsEngineering，ResearchSchoolofPhysicsandEngineering，theAustralianNationalUniver

2、sity，Canberra2601，Australia)(2014年5月28日收到；2014年7月24日收到修改稿)II—VI和III—V族高失配合金半导体是新型高效中间带太阳电池的优选材料体系，但中间带的形成及其能带调控等关键问题仍未得到有效解决．采用氧离子注入方式，在非平衡条件下对碲化锌(ZnTe)单晶材料实现了等电子掺杂，深入研究了离子注入对ZnTe：O材料的微观结构和光学特性的影响．研究表明：注入合适浓度的氧离子f2．5x1018am-3)将会形成晶格应变，并诱导1．80ev(导带下0．45ev)中

3、间带的产生；而较高浓度(2．5x100cm_31的氧离子会导致ZnTe注入层表面非晶化，并增强与锌空位相关的深能级(～1．6eV)发光．时间分辨光致发光结果显示，离子注入诱导形成的中间带主要是和氧等电子陷阱束缚的局域激子发光有关，载流子衰减寿命较长f129ps)．因此，需要降低晶格紊乱度和合金无序，实现电子局域态向扩展态的转变，从而有效调控中间带能带结构．关键词：中间带，离子注入，高失配合金，II—VI族半导体PACS：71．20．Nr，78．20．一e，78．30．Fs，78．47．D—DOI：10．74

4、98／aps．63．237103fPLD)方法在GaAs衬底上制备出ZnTe：O材料，发1引言现中间带位于导带底0．4—0．5eV，与利用能带反交叉模型及第一性原理计算的理论值相符合．同中间带太阳电池作为新型高效的第三代太时，研究发现该中间带具有较低的辐射复合系数阳电池的代表之一，具有结构简单、成本低廉等f1．2×10_10cm3-s～11和较高的价带到中间带的显著优点，同时具有与三级叠层电池相当的极光吸收系数f约104cm1【9J．而更多的研究显示限效率(聚光条件下可达63％)，极大地引发了人ZnTe：O

5、中位于1．8eV的带内发光是由与氧陷阱相们对中间带光伏材料的研究兴趣【1，2]．美国劳伦关的束缚激子的发光所导致[1O-la】．Tanaka等【14j斯一伯克利国家实验室率先提出将等电子但电负采用MBE方法制备出P—ZnTe／ZnTe：O／n—ZnO异性差异较大的氧和氮分别对II—VI和III—V族化合质结构，并发现该结构在导带以下0．7eV仍具有较物进行“稀释”(如ZnTe：O或GaAs：N)，从而构建好的光响应特性；而Wang等[7】报道的ZnTe：0基具有中间能带的新型高失配合金体系【3_6]．文中间

6、带光伏电池中，虽然短路电流获得增加，但开献[6—8]利用分子束外延(MBE)和脉冲激光沉积路电压的损失使得整体光电转换效率仍小于1％．国家重点基础研究发展计划(批准号：2011CB302003)、国家自然科学基金(批准号：61025020，60990312，61274058，61322403，61271077，11104130，11104134)、江苏省自然科学基金(批准号：BK2011437，BK2011556，BK20130013)、江苏省高等学校优势学科发展项目和澳大利亚研究基金会创新项目(批准号：D

7、P1096918)资助的课题．十通讯作者．E—mail：yejd@nju．edu．an{通讯作者．E—mail：slgu@nju．edu．eft@2014中国物理学会ChinesePhysicalSociety胁tp：／／wulixb．hy．ac．cn237103．1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．23(2014)237103．因此要发展高效ZnTe：O基中间带光伏电池，中间氩离子激光和633nmHe—Ne激光作为激发光源．带的能带结构调控和载流子的动力学过程等关键测试采用背散射模式，

8、为防止热效应，激发功科学问题亟需得到解决．另外，受氧在ZnTe中的固率小于0．1mW．时间分辨PL谱则采用1046nm溶度低的限制[15]，通过MBE和PLD等非平衡外Nd3+：YAG激光器f型号：FemtoTRAINIC—Yb一延方法难以形成理想配比的高失配合金[7,14,16]．离2000)倍频光(522nm)作为激发光源，激光脉冲宽子注入方法具有可精确控制掺杂浓度和不受固溶度为400fs，脉冲频率为20．8