水热法制备纤锌矿CuGaS2及其荧光性能研究(3)
下面提到的指的CIS即是CuInS2薄膜。其中光的散射增强是因为增大了其表面粗糙度，从而导致和薄膜的表面积和界面态的增加，使得载流子的复合速率增大。薄膜光学吸收特性方面，则是根据材料元素的组成，从而影响薄膜的结晶程度，同时也与薄膜的相结构有关。CIS薄膜[1]的电学性质主要取决于元素组分比和偏离化学计量比导致的本征缺陷(如空位、间隙原子、替位原子等)，还与非本征掺杂和晶界有关。
关于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族三元化合物的制备一般是通过固相反应，在固相反应中，可以利用高温高压的条件使产物中的金属离子的排列发生有序和无序的变化。
CuInS2和CuGaS2也同样具有类似的性质，对于我们研究CuGaS2纳米材料的制备和性质上也是不可或缺的重要资料。
1.3 CuGaS2
1.3.1 CuGaS2性质
从分子式上来看CuGaS2属于I-III-VI2[4]族三元硫属化合物，在室温下具有黄铜矿的结构，其带隙为2.43 eV。在类金刚石I-III-VI2族中，每个原胞中由8个原子组成，两个Ga原子，两个Cu原子和四个S原子。一般来说，I-III-VI2三元硫化物半导体与闪锌矿II-VI2[5]半导体化合物具有相似的电子结构。因其在电子结构及物化性质上有高相似度。故其中相似的，两个不同的阳离子有序占据闪锌矿的阳离子晶格，使得晶体结构从立方相变为四方相。作为半导体材料而言该类的半导体材料比其它薄膜太阳电池材料具有更高的吸收系数，有利于提高光伏电池的光电流进而加强光伏电池的光电转换效率。
在磁学性质方面，曾至钦[6]对3d过渡金属掺杂CuGaS2的磁学性质进行理论计算。得出在Cr、Mn掺杂的CuGaS2中，DMS表现为铁磁状态，其他过渡金属掺杂时，DMS则表现为反铁磁状态。
掺杂方面[7]，张玉波博士在CuGaS2基体材料中掺杂了Sn 或者Fe 元素，引入了与杂质电子态相关的中间能级，在CuGaS2本征禁带宽度中间。因为其满足了IBSC材料设计所需的基本要求；同时，在Cu8Ga7FeS16 材料中，从价带到中间能带具有较强的光吸收能力。只是从中间能带到导带的较低的光吸收效率会影响到其今后的应用。
1.3.2 CuGaS2应用
由于对清洁和可长久使用能源需求的增加，三元和四元I-III-VI2半导体化合物，作为一系列太阳能电池中重要的吸收层材料，近年来受到越来越多的关注。在光学材料、涂层材料、光伏材料、有机-无机复合材料[8]等领域具有重要的应用价值。I-III-VI2三元硫化物半导体与闪锌矿半导体化合物具有相似的电子结构，因为两个不同的阳离子有序占据闪锌矿的阳离子晶格，使得晶体结构从立方相变为四方相。
对CuGaS2[8]光学性质的研究表明，光吸收过程中材料的激子效应通常被有效抑制；并且导致不同铜基材料光学性质存在差异的关键影响因素是带边附近导带的电子结构性质。铜基半导体材料比其它薄膜太阳电池材料具有更高的吸收系数，有利于提高光伏电池的光电流进而光伏电池的光电转换效率。在铜基材料本征禁带宽度中间引入新的被电子部分占据的能带，则可以进一步吸收能量小于本征禁带宽度的光子，成为提高这类材料的光吸收能力的一种有效方法。对于体块材料通常采用杂质掺杂的方法获得中间能级，根据中间能带光伏电池材料的功能特点，从理论上进行材料设计与性质研究有助于促进相关的实验研究。在CuGaS2基体材料中掺杂Sn或者Fe元素，从而在CuGaS2本征禁带宽度中间引入了与杂质电子态相关的中间能级。掺杂后的物质满足上诉要求，并可作为太阳能电池材料。
根据Sigurd Wagner[9]用气相淀积方法，在p型CuGaS2上外延生长n型CdS，制成了异质二极管。典型的二极管在正向偏压下发绿光，外部量子效率在77 K时为0.1％，在室温时为0.001％。该纳米材料也可用于发光材料。
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