摘要：黄锡矿型半导体组成的具体变化可以提高它们作为太阳能电池吸收层的适用性。同时该科研团队通过实验证明，对于用锗来替代锡的黄锡矿材料来讲，情况尤其如此。科学家使用BER II中子衍射法和其他方法对样品进行了测试。

图片显示了锌锡矿型结构中阳离子的典型排列方式。背景图中显示的为晶体结构，突出显示了晶胞。图片来源：德国亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心

黄锡矿是由元素铜、锡、锌和硒组成的半导体化合物。这些半导体材料可以用作太阳能电池中的光学吸收材料，但是迄今为止光到电的转化效率最高也仅仅为12.6％，而由铜铟镓硒化物（CIGS）制成的太阳能电池的光电转化效率则已高达20％以上。尽管如此，由于它们这两种半导体材料均由共同的元素组成，因此黄锡矿在作为CIGS太阳能电池的替代品方面被寄予厚望，因此不会出现原料的供应瓶颈。由德国亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心的Susan Schorr教授领导的研究小组现在已经研究了一系列非化学计量的黄锡矿样品，并阐明了其化学成分与光电特性之间的关系。在德国亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心实验室合成样品的过程中，锗原子取代了锡原子。

BER II处的中子衍射

研究人员随后在BER II处使用中子衍射对这些样品进行了研究。这种测试方法可以将铜，锌和锗非常好地区分开来，在晶格中他们的位置可以被定位到。测试结果表明：太阳能电池中使用的轻微缺铜且富含锌的组合物的黄锡矿光电转化效率最高，点缺陷浓度最低且铜锌失调率最低。组合物中的铜富集量越多，其他点缺陷的浓度就越高，这会对太阳能电池的性能造成很大的损害。科研人员进一步的研究结果表明了能带间隙是如何依赖于黄锡矿粉末样品的组成的。

锗的影响

“这种带隙是半导体的特性，它决定了材料中哪些光线可以释放电荷载体。”该论文的第一作者René Gunder解释说。“我们现在知道锗会增加光学带隙，使材料能够将更多的阳光转化为电能。”