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 摘要：黃錫礦型半導體組成的具體變化可以提高它們作為太陽能電池吸收層的適用性。同時該科研團隊通過實驗證明，對于用鍺來替代錫的黃錫礦材料來講，情況尤其如此。科學家使用BER II中子衍射法和其他方法對樣品進行了測試。

圖片顯示了鋅錫礦型結構中陽離子的典型排列方式。背景圖中顯示的為晶體結構，突出顯示了晶胞。圖片來源：德國亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心

黃錫礦是由元素銅、錫、鋅和硒組成的半導體化合物。這些半導體材料可以用作太陽能電池中的光學吸收材料，但是迄今為止光到電的轉化效率最高也僅僅為12.6％，而由銅銦鎵硒化物（CIGS）制成的太陽能電池的光電轉化效率則已高達20％以上。盡管如此，由于它們這兩種半導體材料均由共同的元素組成，因此黃錫礦在作為CIGS太陽能電池的替代品方面被寄予厚望，因此不會出現原料的供應瓶頸。由德國亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心的Susan Schorr教授領導的研究小組現在已經研究了一系列非化學計量的黃錫礦樣品，并闡明了其化學成分與光電特性之間的關系。在德國亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心實驗室合成樣品的過程中，鍺原子取代了錫原子。

BER II處的中子衍射

研究人員隨后在BER II處使用中子衍射對這些樣品進行了研究。這種測試方法可以將銅，鋅和鍺非常好地區分開來，在晶格中他們的位置可以被定位到。測試結果表明：太陽能電池中使用的輕微缺銅且富含鋅的組合物的黃錫礦光電轉化效率最高，點缺陷濃度最低且銅鋅失調率最低。組合物中的銅富集量越多，其他點缺陷的濃度就越高，這會對太陽能電池的性能造成很大的損害。科研人員進一步的研究結果表明了能帶間隙是如何依賴于黃錫礦粉末樣品的組成的。

鍺的影響

“這種帶隙是半導體的特性，它決定了材料中哪些光線可以釋放電荷載體。”該論文的第一作者René Gunder解釋說。“我們現在知道鍺會增加光學帶隙，使材料能夠將更多的陽光轉化為電能。”