CZTS

Identyfikacja
CZTS

__ Cu + __ Zn 2+ __ Sn 4+ __ S 2−
N O CAS	12158-89-3
Właściwości chemiczne
Brute formula	Cu 2 S 4 Sn ZnCu 2 ZnSnS 4
Masa cząsteczkowa	439,44 ± 0,05 g / mol Cu 28,92%, S 29,19%, Sn 27,01%, Zn 14,88%,
Właściwości fizyczne
T ° fuzji	990 ° C
Masa objętościowa	4,56 g · cm -3
Właściwości elektroniczne
Zakazany zespół	1,4 eV do 1,5 eV
Krystalografia
System kryształów	tetragonalny
Klasa kryształu lub grupa kosmiczna	( N O 82)tetragonalny Hermann-Mauguin: ${\ Displaystyle I ~ {\ bar {4}} \,}$ Schoenflies: ${\ Displaystyle S_ {4} ^ {2} \,}$
Parametry siatki	a = 542,7 pm , c = 1087,1 pm , Z = 2

Jednostki SI i STP, chyba że określono inaczej.

W CZTS , angielski miedzianych siarczek cyny (siarczku miedzi, cynku i cyny) jest związek chemiczny o wzorze Cu 2 ZnSnS 4. Jest to półprzewodnikowe w bezpośrednim szczelina składa się z miedzi , z cynku , z cyny i siarki , i używany do komórek fotowoltaicznych , w cienkich warstwach . Warstwy te można osadzać różnymi metodami, takimi jak napylanie , odparowywanie próżniowe , ablacja laserowa i chemiczne osadzanie z fazy gazowej .

Nieruchomości

Strukturę kryształu z CZTS jest podobny do tego z Cu 2 FeSnS 4 stanninoraz kesteryt Cu 2 (Zn, Fe) SnS 4(dwie postacie mogą współistnieć) w kwadratowego układu (tetragonalnej) z grupy przestrzennej I 4 ( N ° 82 ), a parametry kryształu = 542,7 pm , c = 1,087.1 pm , Z = 2 . W tej postaci szerokość zabronionego pasma jest rzędu 1,4 eV do 1,5 eV . Jest szczególnie interesujący w porównaniu z konkurencyjnymi materiałami, takimi jak tellurek kadmu CdTe i CIGS CuIn x Ga 1- x Se 2 ze względu na swój skład chemiczny wykonany z dużej ilości pierwiastków (nie zawiera telluru i indu ) oraz nietoksyczny (nie zawiera kadmu ). Niedobór indu, a zwłaszcza telluru, może zagrozić długoterminowej żywotności ekonomicznej sektorów CdTe i CIGS, podczas gdy pierwiastki wykorzystywane przez komórki CZTS są bardzo szeroko dostępne na powierzchni globu.

Produkcja

Produkcja ogniw CZTS napotyka praktyczne trudności związane z dużą lotnością niektórych składników, takich jak siarczek cynku i cyny (II), które mogą wyparować w warunkach eksploatacji. Po utworzeniu czwartorzędowego związku CZTS, nadal ma on tendencję do rozkładu na związki trójskładnikowe i binarne, gdy jest poddawany działaniu temperatury powyżej 500 ° C pod próżnią. Lepszej jakości warstwy aktywne CZTS uzyskano pewnymi metodami chemicznego osadzania z fazy gazowej , które umożliwiają pracę w niższych temperaturach i przezwyciężenie problemów związanych z lotnością składników materiału.

Rozwój i wydajność

Ogniwa fotowoltaiczne CZTS są nadal na etapie eksperymentalnym. Testy z materiałami zawierającymi również selen umożliwiają modulację zabronionej szerokości pasma między 1,3 eV dla czystego CZTS a 0,95 eV dla czystego CZTSe. Laboratoria IBM osiągnęły w 2010 roku z takimi ogniwami wydajność 9,6% z czystą siarką i 9,3% z czystym selenem, podczas gdy poprawa jakości warstw aktywnych w CZTS doprowadziła w 2014 roku do wydajności 12,0% w laboratorium. Japońska firma Solar Frontier (in) fotowoltaiczna cienkowarstwowa ogłosiła w listopadzie 2013 r., Że wraz z laboratoriami IBM opracowała ogniwa słoneczne CZTSSe wykazujące współczynnik konwersji energii 12,6%.

Uwagi i odniesienia

obliczona masa cząsteczkowa od „ atomowych jednostek masy elementów 2007 ” na www.chem.qmul.ac.uk .
(en) H. Matsushita, T. Ichikawa i A. Katsui , „ Strukturalne, optyczne i termodynamiczne właściwości Cu 2 - II - IV - VI 4 związki czwartorzędowe ” , Journal of Materials Science , t. 40 N O 8,Kwiecień 2005, s. 2003-2005 ( DOI 10.1007 / s10853-005-1223-5 , Bibcode 2005JMatS..40.2003M , czytaj online )
(en) L. Guen , „ Badania elektryczne, magnetyczne i EPR czwartorzędowych chalkogenidów Cu 2 A II B IV X 4 przygotowany przez transport jodu ” , Journal of Solid State Chemistry , t. 35, n o 1,Listopad 1980, s. 10-21 ( DOI 10.1016 / 0022-4596 (80) 90457-0 , Bibcode 1980JSSCh..35 ... 10G , czytaj online )
(i) Masaya Ichimura i Yuki Nakashima , „ Analiza Atomowej i elektroniczne konstrukcji Cu 2 ZnSnS 4 Na podstawie obliczeń pierwszej zasady ” , Japanese Journal of Applied Physics , vol. 48, n o 9Rwrzesień 2009Artykuł n o 090202 ( DOI 10.1143 / JJAP.48.090202 , bibcode 2009JaJAP..48i0202I , czytać online )
(en) Hironori Katagiri, Kotoe Saitoh, Tsukasa Washio, Hiroyuki Shinohara, Tomomi Kurumadani i Shinsuke Miyajima , „ Rozwój cienkowarstwowego ogniwa słonecznego opartego na Cu 2 ZnSnS 4 cienkie warstwy ” , Solar Energy Materials and Solar Cells , vol. 65, n kość 1-4Styczeń 2001, s. 141-148 ( DOI 10.1016 / S0927-0248 (00) 00088-X , czytaj online )
(w) Shiyou Chen XG Gong Aron Walsh i Su-Huai Wei , „ Kryształowa i elektroniczna struktura pasmowa Cu 2 ZnSnX 4 (X = S i Se) absorbery fotowoltaiczne: wgląd w pierwsze zasady ” , Applied Physics Letters , vol. 94, n o 4,styczeń 2009Artykuł n o 041.903 ( DOI 10,1063 / 1,3074499 , bibcode 2009ApPhL..94d1903C , czytać online )
(w) H. Katagiri, Mr. Nishimura, T. Onozawa, S. Maruyama, Mr. Fujita, T. Sega i T. Watanabe , „ Rare-metal free Thin Film solar cell ” , Proceedings of the Power Conversion Conference - Nagaoka 1997 , 6 sierpnia 1997( DOI 10.1109 / PCCON.1997.638392 , czytaj online )
(w) Cyrus Wadia, A. Paul Alivisatos i Daniel M. Kammen , „ Dostępność materiałów rozszerza możliwości dla fotowoltaiki na dużą skalę ” , Environmental Science & Technology , tom. 43, n o 6, 15 marca 2009, s. 2072-2077 ( PMID 19368216 , DOI 10.1021 / es8019534 , Bibcode 2009EnST ... 43.2072W , czytaj online )
(w) Mr. Grossberg, J. Krustok J. Raudoja, Timmo K., M. and T. Altosaar Raadik , „ photoluminescence and Raman study of Cu 2 ZnSn (Se x S 1 - x ) 4 monograins do zastosowań fotowoltaicznych ” , Thin Solid Films , vol. 519 n O 2131 sierpnia 2011, s. 7403-7406 ( DOI 10.1016 / j.tsf.2010.12.099 , Bibcode 2011TSF ... 519.7403G , czytaj online )
(w) Teodor K. Todorov, Kathleen B. Reuter i David B. Mitzi , „ Wysokowydajne ogniwo słoneczne z obfitym w ziemię pochłaniaczem przetworzonym w płynie ” , Materiały zaawansowane , t. 22 N O 20, 25 maja 2010, E156-E159 ( PMID 20641095 , DOI 10.1002 / adma.200904155 , czytaj online )
(w) Mark T. Winkler, Wang Wei, Oki Gunawan, Harold J. Hovel Teodor Todorov i K. David B. Mitzi , „ Projekt optyczny, który poprawia wydajność Cu 2 ZnSn (S, Se) 4 ogniwa słoneczne ” , Energy & Environmental Science , vol. 7, n O 3,2014, s. 1029-1036 ( DOI 10.1039 / C3EE42541J )
(w) Wei Wang, Mark T. Winkler, Oki Gunawan, Tayfun Gokmen Teodor Todorov K. Yu Zhu i David B. Mitzi , „ Device Characteristics of CZTSSe Thin-Film Solar Cells with 12,6% Efficiency ” , Advanced Energy Materials , tom . 4, n O 7, 13 maja 2014Artykuł n o 1301465 ( DOI 10.1002 / aenm.201301465 , czytać online )