I-III-VI_semiconductors
I-III-VI 2半導体は、周期表のグループI、III、VI（IUPACグループ1 / 11、13、16）に属する3つ以上の化学元素を含む固体半導体材料です。それらは通常2つの金属と1つのカルコゲンを含みます。これらの材料のいくつかは、約1.5 eVの直接バンドギャップEgを持っているため、太陽光を効率的に吸収し、太陽電池材料になる可能性が太陽電池の効率を最大化するためにバンドギャップを調整するために、4番目の要素がI-III-VI2材料に追加されることがよく。代表的な例は、銅インジウムガリウムセレン化物太陽電池で使用される銅インジウムガリウムセレン化物（CuIn x Ga （1– x） Se 2、E g = 1.7–1.0 eV for x = 0–1 ）です。
拡散反射測定から得られたβ – CuGaO2
粉末（左上の挿入図）
の光吸収スペクトル。右の挿入図は、
集中していない太陽光の下での単一接合太陽電池の効率に対する
Shockley-Queisserの限界を示しています。
コンテンツ
1 CuGaO 2
2 AgGaO2およびAgAlO2 _
3 LiGaO2およびLiGaTe2 _
4 も参照してください
5 参考文献
CuGaO 2
CuGaO 2は、αとβの2つの主要な多形で存在します。α型はデラフォサイト結晶構造を持ち、Cu2OとGa2O3を高温で反応させることで調製できます。β型はウルツ鉱のような結晶構造を持っています（空間群Pna2 1）。準安定ですが、300°C未満の温度で長期安定性を示します。これは、Cu +のCu2 +への酸化を回避するために、真空下で、β-NaGaO2前駆体のNa+イオンをCuClのCu +イオンとイオン交換することによって得ることができます。
バンドギャップが2eVを超える透明で電気絶縁性の固体であるほとんどのI-III- VI2酸化物とは異なり、β – CuGaO2の直接バンドギャップは1.47 eVであり、太陽電池アプリケーションに適しています。対照的に、β-AgGaO2とβ-AgAlO2には間接バンドギャップがドープされていないβ – CuGaO2はp型半導体です。
AgGaO2およびAgAlO2 _
AgGaO2 – ZnOおよびCdO-ZnO合金のバンドギャップ。
CuGaO 2と同様に、α-AgGaO2とα-AgAlO2はデラフォサイト結晶構造を持っていますが、対応するβ相の構造はウルツ鉱（空間群Pna2a）に似ています。β-AgGaO2は準安定であり、β- NaGaO2前駆体とのイオン交換によって合成できます。β-AgGaO2とβ – AgAlO2のバンドギャップ（それぞれ2.2と2.8 eV）は間接的です。それらは可視範囲に入り、ZnOと合金化することで調整できます。このため、どちらの材料も太陽電池にはほとんど適していませんが、光触媒への応用の可能性が
LiGaO 2とは異なり、Ag +が金属銀に還元されるため、混合物を加熱してAgGaO2をZnOと合金化することはできません。したがって、代わりにAgGaO2およびZnOターゲットのマグネトロンスパッタリングが使用されます。
LiGaO2およびLiGaTe2 _
LiGaO2-ZnO合金のバンド
ギャップ。
LiGaTe2 クリスタル _
LiGaTe2の 結晶構造
チョクラルスキー法により、長さ数インチのβ-LiGaO2の純粋な単結晶を成長させることができます。それらの劈開面は、ZnOおよびGaNの格子定数と一致する格子定数を持っているため、これらの材料の薄膜のエピタキシャル成長に適しています。β-LiGaO2は潜在的な非線形光学材料ですが、5.6 eVの直接バンドギャップは、可視光アプリケーションには広すぎます。β- LiGaO2をZnOと合金化することにより、3.2eVまで下げることができます。バンドギャップの調整は不連続です。これは、ZnOとβ-LiGaO2が混合せず、比率が約1〜2のときにZn 2LiGaO4相を形成するためです。0.2および1。
最大5mmのサイズのLiGaTe2結晶は、 3つのステップで成長させることができます。まず、Li、Ga、およびTe元素を、真空にした石英アンプル内で1250Kで24時間溶融します。この段階で、Liはアンプルの壁と反応して熱を放出し、部分的に消費されます。第2段階では、溶融物を密封された石英アンプルでホモジナイズします。このアンプルは、Liの反応性を下げるために内部を熱分解炭素でコーティングされています。均質化温度は約1℃を選択します。LiGaTe2の融点より50K高い。次に、2ゾーン炉でBridgman-Stockbarger法により、均質化された溶融物から結晶を成長させます。結晶化開始時の温度は、LiGaTe2の融点より数度低くなっています。アンプルを2.5mm/日の速度で20日間コールドゾーンに移動します。
I-III – VI2 半導体
の室温特性
方式
a（Å）
b（Å）
c（Å）
空間群 密度（g / cm 3）
融点（K）
バンドギャップ（eV）
α-LiGaO2 2.92 2.92 14.45
R 3 m5.07 m 5.6d
β-LiGaO2 5.406 6.379 5.013 Pna2 1 4.18 m 5.6d
LiGaSe 2 Pna2 1 LiGaTe 2
6.33757（2）
6.33757（2）
11.70095（5）
I 4 3d40 2.41
LiInTe 2 6.398 6.398 12.46
I 4 2d 4.91 1.5 CuAlS 2 5.323 5.323 10.44
I 4 2d3.47 2500 2.5 CuAlSe 2 5.617 5.617 10.92
I 4 2d4.70 2260 2.67 CuAlTe 2 5.976 5.976 11.80
I 4 2d5.50 2550 0.88
β-CuGaO2
5.46004（1）
6.61013（2）
5. 27417（1） Pna2 1 m1.47d CuGaS 2 5.360 5.360 10.49
I 4 2d4.35 2300 2.38
CuGaSe 2 5.6185.618 11.01
I 4 2d5.56 1970年
0.96; 1.63CuGaTe 2 6.013 6.013 11.93
I 4 2d5.99 2400
0.82; 1.0CuInS 2 5.528 5.528 11.08
I 4 2d4.75 1400 1.2
CuInSe 2 5.7855.785 11.56
I 4 2d5.77 1600
0.86; 0.92CuInTe 2 6.179 6.179 12.365
I 4 2d6.10 1660 0.95 CuTlS 2 5.58 5.58 11.17
I 4 2d6.32 CuTlSe 2 5.844 5.844 11.65
I 4 2d7.11 900 1.07
CuFeO 2 3.0353.035 17.166
R 3 m 5.52 CuFeS 2 5.295.29 10.32
I 4 2d4.088 1135 0.53
CuFeSe 2 5.544 5.544 11.076
P 4 2c5.41 850 0.16 CuLaS 2 5.65 5.65 10.86
I 4 2d
β – AgAlO2m 2.8i AgAlS 2 5.707 5.707 10.28
I 4 2d3.94 AgAlSe 2 5.986 5.986 10.77
I 4 2d5.07 1220 0.7 AgAlTe 2 6.309 6.309 11.85
I 4 2d6.18 1000 0.56
α – AgGaO2
P6 3 mc
4.12d
β – AgGaO2 Pna2a m2.2i AgGaS 2 5.755 5.755 10.28
I 4 2d4.72 .66 AgGaSe 2 5.985 5.985 10.90
I 4 2d5.84 1120 1.1 AgGaTe 2 6.301 6.301 11.96
I 4 2d6.05 990
1.32 AgInS 2 5.828 5.828 11.19
I 4 2d5.00 .18 AgInSe 2 6.102 6.102 11.69
I 4 2d5.81 1053
0.96; 0.52AgInTe 2 6.42 6.42 12.59
I 4 2d6.12 965
1.03 AgFeS 2 5.66 5.66 10.30
I 4 2d 4.53 0.88
mは準安定、dは直接、iは間接バンドギャップを表します。
も参照してください
半導体材料一覧
参考文献
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