Abstract We report synthesis of Copper Zinc Tin Sulfide (CZTS) thin films using sequential evaporation technique. The as-deposited films were subjected to various sulfurization temperatures ranging from 520 °C to 640 °C. This paper presents a detailed analysis of temperature dependent phase and defect formation in Cu-rich off-stoichiometric CZTS thin films. CZTS thin films moved from F-type to C-type with decreasing Cu/Zn disorder and defect concentration with increasing sulfurization temperature. The resulting films showed less off-stoichiometry in contrast to initial choice of intended off-stoichiometry exhibiting the structural flexibility within the compositional limits. Despite being off-stoichiometric, all the samples exhibited the tetragonal CZTS phase with preferred orientations. Raman analysis showed the disappearance and reappearance of secondary phases with increasing sulfurization temperature. EDS analysis suggested that composition of the films moved towards better stoichiometry till 580 °C before deteriorating again. Composition and lattice parameter values suggested Cu-rich off-stoichiometric nature of sulfurized CZTS thin films. AFM study showed dependence of roughness with sulfurization temperature. Band gap was obtained in the range of 1.28 eV to 1.48 eV from UV–Vis spectroscopy measurement. PL analysis revealed the asymmetric shape and blue shift of the peaks. Band-to-tail recombination becomes pronounced with increase in sulfurization temperature. XPS analysis showed elements are in expected oxidation states.

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连续蒸发富铜 CZTS 薄膜硫化温度相关相和缺陷形成的研究

摘要 我们报告了使用顺序蒸发技术合成铜锌锡硫化物 (CZTS) 薄膜。沉积后的薄膜经受从 520°C 到 640°C 的各种硫化温度。本文详细分析了富铜非化学计量 CZTS 薄膜中的温度相关相和缺陷形成。随着硫化温度的升高，CZTS 薄膜从 F 型转变为 C 型，Cu/Zn 无序和缺陷浓度降低。与最初选择的预期偏离化学计量比显示出在组成限制内的结构灵活性相比，所得薄膜显示出较少的偏离化学计量比。尽管偏离化学计量比，但所有样品都表现出具有优选取向的四方 CZTS 相。拉曼分析表明，随着硫化温度的升高，第二相的消失和重新出现。EDS 分析表明，在 580 °C 之前，薄膜的组成向更好的化学计量方向发展，然后再次恶化。成分和晶格参数值表明硫化 CZTS 薄膜的富铜非化学计量性质。AFM 研究表明粗糙度与硫化温度有关。从 UV-Vis 光谱测量中获得的带隙范围为 1.28 eV 至 1.48 eV。PL 分析揭示了峰的不对称形状和蓝移。随着硫化温度的升高，带尾复合变得明显。XPS 分析显示元素处于预期的氧化态。EDS 分析表明，在 580 °C 之前，薄膜的组成向更好的化学计量方向发展，然后再次恶化。成分和晶格参数值表明硫化 CZTS 薄膜的富铜非化学计量性质。AFM 研究表明粗糙度与硫化温度有关。从 UV-Vis 光谱测量中获得的带隙范围为 1.28 eV 至 1.48 eV。PL 分析揭示了峰的不对称形状和蓝移。随着硫化温度的升高，带尾复合变得明显。XPS 分析显示元素处于预期的氧化态。EDS 分析表明，在 580 °C 之前，薄膜的组成向更好的化学计量方向发展，然后再次恶化。成分和晶格参数值表明硫化 CZTS 薄膜的富铜非化学计量性质。AFM 研究表明粗糙度与硫化温度有关。从 UV-Vis 光谱测量中获得的带隙范围为 1.28 eV 至 1.48 eV。PL 分析揭示了峰的不对称形状和蓝移。随着硫化温度的升高，带尾复合变得明显。XPS 分析显示元素处于预期的氧化态。AFM 研究表明粗糙度与硫化温度有关。从 UV-Vis 光谱测量中获得的带隙范围为 1.28 eV 至 1.48 eV。PL 分析揭示了峰的不对称形状和蓝移。随着硫化温度的升高，带尾复合变得明显。XPS 分析显示元素处于预期的氧化态。AFM 研究表明粗糙度与硫化温度有关。从 UV-Vis 光谱测量中获得的带隙范围为 1.28 eV 至 1.48 eV。PL 分析揭示了峰的不对称形状和蓝移。随着硫化温度的升高，带尾复合变得明显。XPS 分析显示元素处于预期的氧化态。