Исследование влияния стехиометрии порошков (AgxCu1–x)0.7GaSe2 на их фазовый состав, структуру и времена жизни фотогенерированных носителей тока

  • Владимир Валерьевич Ракитин ФГБУН ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук, проспект академика Семенова, 1, Черноголовка, г. о. Черноголовка, Московская обл. 142432, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-6582-5212
  • Михаил Вячеславович Гапанович ФГБУН ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук, проспект академика Семенова, 1, Черноголовка, г. о. Черноголовка, Московская обл. 142432, Российская Федерация; ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, 1, Москва 119991, Российская Федерация; ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)», Институтский переулок, 9, Долгопрудный, Московская обл. 141701, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-9109-6532
  • Евгения Витальевна Рабенок ФГБУН ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук, проспект академика Семенова, 1, Черноголовка, г. о. Черноголовка, Московская обл. 142432, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-3500-6918
  • Дана Рамилевна Калимуллина ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, 1, Москва 119991, Российская Федерация
  • Денис Сергеевич Луценко ФГБУН ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук, проспект академика Семенова, 1, Черноголовка, г. о. Черноголовка, Московская обл. 142432, Российская Федерация; ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, 1, Москва 119991, Российская Федерация
  • Иван Денисович Кулеметьев ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, 1, Москва 119991, Российская Федерация
  • Елизар Николаевич Кольцов ФГБУН ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук, проспект академика Семенова, 1, Черноголовка, г. о. Черноголовка, Московская обл. 142432, Российская Федерация; ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)», Институтский переулок, 9, Долгопрудный, Московская обл. 141701, Российская Федерация
  • Алена Викторовна Станчик ГО «НПЦ НАН Беларуси по материаловедению», ул. Петруся Бровки, 19, Минск 220072, Республика Беларусь https://orcid.org/0000-0001-8222-8030
  • Валерий Феликсович Гременок ГО «НПЦ НАН Беларуси по материаловедению», ул. Петруся Бровки, 19, Минск 220072, Республика Беларусь https://orcid.org/0000-0002-3442-5299
DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2025.27/13020
Ключевые слова: порошки халькопиритов, четверные соединения меди, фотоактивные катоды, генерация водорода

Аннотация

Цель статьи: В данной работе серия порошков (AgxCu1-x)0.7GaSe2 (0 ≤ x ≤ 1) была получена методом твердофазного синтеза из предварительно синтезированных тройных систем Cu0.7GaSe2 и Ag0.7GaSe2.
Экспериментальная часть: Комбинацией методов рентгенофазового анализа и спектроскопии комбинационного рассеяния установлено, что область твердых растворов в данной системе узкая и лежит в диапазоне при 0.8 ≤ x < 1.

Выводы: Исследование спектров низкотемпературной люминесценции и спадов микроволновой фотопроводимости показало, что для однофазных образцов характерно увеличение времен жизни фотогенерированных носителей тока, что, по-видимому, обусловлено заменой глубоких ловушек для носителей заряда, таких как вакансии селена VSe, более мелкими катионными вакансиями меди VCu и ассоциатами VSe-VCu 

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Владимир Валерьевич Ракитин, ФГБУН ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук, проспект академика Семенова, 1, Черноголовка, г. о. Черноголовка, Московская обл. 142432, Российская Федерация

к. х. н., с. н. с. группы Полупроводниковых и композиционных материалов ФИЦ ПХФ и МХ РАН (Черноголовка, Московская обл., Российская Федерация)

Михаил Вячеславович Гапанович, ФГБУН ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук, проспект академика Семенова, 1, Черноголовка, г. о. Черноголовка, Московская обл. 142432, Российская Федерация; ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, 1, Москва 119991, Российская Федерация; ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)», Институтский переулок, 9, Долгопрудный, Московская обл. 141701, Российская Федерация

к. х. н., руководитель группы Полупроводниковых и композиционных мате-
риалов ФИЦ ПХФ и МХ РАН (Черноголовка, Московская обл., Российская Федерация)

Евгения Витальевна Рабенок, ФГБУН ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук, проспект академика Семенова, 1, Черноголовка, г. о. Черноголовка, Московская обл. 142432, Российская Федерация

к. ф.-м. н., с. н. с. группы Полупроводниковых и композиционных материалов
ФИЦ ПХФ и МХ РАН (Черноголовка, Московская обл., Российская Федерация)

Дана Рамилевна Калимуллина, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, 1, Москва 119991, Российская Федерация

студентка 6–го курса факультета ФФХИ МГУ им. М. В. Ломоносова

Денис Сергеевич Луценко, ФГБУН ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук, проспект академика Семенова, 1, Черноголовка, г. о. Черноголовка, Московская обл. 142432, Российская Федерация; ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, 1, Москва 119991, Российская Федерация

м. н. с. группы Полупроводниковых и композиционных материалов ФИЦ ПХФ и МХ РАН (Москва, Российская Федерация)

Иван Денисович Кулеметьев, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, 1, Москва 119991, Российская Федерация

студент 5-го курса факультета ФФХИ МГУ им. М. В. Ломоносова (Москва, Российская Федерация)

Елизар Николаевич Кольцов, ФГБУН ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук, проспект академика Семенова, 1, Черноголовка, г. о. Черноголовка, Московская обл. 142432, Российская Федерация; ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)», Институтский переулок, 9, Долгопрудный, Московская обл. 141701, Российская Федерация

аспирант 3-го курса МФТИ, инженер группы Полупроводниковых и композиционных материалов ФИЦ ПХФ и МХ РАН (Долгопрудный, Черноголовка, Московская обл. Российская Федерация)

Алена Викторовна Станчик, ГО «НПЦ НАН Беларуси по материаловедению», ул. Петруся Бровки, 19, Минск 220072, Республика Беларусь

к. ф-м. н., доцент, с. н. с., Лаборатории физики полупроводников ГО «Научно-практического центра НАН Беларуси по материаловедению» (Минск, Республика Беларусь)

Валерий Феликсович Гременок, ГО «НПЦ НАН Беларуси по материаловедению», ул. Петруся Бровки, 19, Минск 220072, Республика Беларусь

д. ф-м. н., профессор, заведующий Лабораторией физики полупроводников ГО «Научно-практического центра НАН Беларуси по материаловедению» (Минск, Республика Беларусь)

Литература

Turner J. A. Sustainable hydrogen production. Science. 2004;305(5686): 972-4. https://doi.org/10.1126/science.1103197

Chiu Y. H., Lai T. H., Kuo M. Y., Hsieh P. Y., Hsu Y. J. Photoelectrochemical cells for solar hydrogen production: Challenges and opportunities. APL Materials. 2019;7(8). https://doi.org/10.1063/1.5109785

Yokoyama D., Minegishi T., Maeda K., ... Domen K. Photoelectrochemical water splitting using a Cu(In, Ga)Se2 thin film. Electrochemistry Communications. 2010;12(6): 851–853. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2010.04.004

Barreto L., Makihira A., Riahi K. The hydrogen economy in the 21st century: a sustainable development scenario. International Journal of Hydrogen Energy. 2003;28(3): 267–284. https://doi.org/10.1016/S0360-3199(02)00074-5

Chen Y., Feng X., Liu M., Su J., Shen S. Towards efficient solar-to-hydrogen conversion: fundamentals and recent progress in copper-based chalcogenide photocathodes. Nanophotonics. 2016;5(4): 524–547. https://doi.org/10.1515/nanoph-2016-0027

Zhang L., Minegishi T., Kubota J., Domen K. Hydrogen evolution from water using AgxCu1– xGaSe2 photocathodes under visible light. Physical Chemistry Chemical Physics. 2014;16(13): 6167–6174. https://doi.org/10.1039/c3cp54590c

Valderrama R. C., Sebastian P. J., Enriquez J. P., Gamboa S. A. Photoelectrochemical characterization of CIGS thin films for hydrogen production. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2005;88(2): 145–155. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2004.10.011

Marsen B., Dorn S., Cole B., Rocheleau R. E., Miller E. L. Copper chalcopyrite film photocathodes for direct solarpowered water splitting. MRS Online Proceedings Library (OPL). 2006;974: 0974-CC09. https://doi.org/10.1557/PROC-0974-CC09-05

Jacobsson T. J., Platzer-Björkman C., Edoff M., Edvinsson T. CuInxGa1−xSe2 as an efficient photocathode for solar hydrogen generation. International Journal of Hydrogen Energy. 2013;38(35): 15027–15035. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.09.094

Conibeer G., Willoughby A. (eds.). Solar cell materials: developing technologies. John Wiley & Sons; 2014. 344 p. https://doi.org/10.1002/9781118695784

Rudmann D., Brémaud D., Zogg H., Tiwari A. N. Na incorporation into Cu(In, Ga)Se2 for high-efficiency flexible solar cells on polymer foils. Journal of Applied Physics. 2005;97(8). https://doi.org/10.1063/1.1857059

Ikeda S., Fujita W., Katsube R., … Yoshino K. Crystalline-face-dependent photoelectrochemical properties of single crystalline CuGaSe2 photocathodes for hydrogen evolution under sunlight radiation. Electrochimica Acta. 2023;454: 142384. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2023.142384

Mahmoudi B., Caddeo F., Lindenberg T., … Maijenburg A. W. Photoelectrochemical properties of Cu-Ga-Se photocathodes with compositions ranging from CuGaSe2 to CuGa3Se5. Electrochimica Acta. 2021;367: 137183. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.137183

Rabenok E. V., Gapanovich M. V. Study of the decay kinetics of photogenerated current carriers in Ag1−xCuxGaSe2 solid solutions. High Energy Chemistry. 2023;57(2): 174–175. https://doi.org/10.1134/S0018143923020108

Rakitin V. V., Gapanovich M. V., Lutsenko D. S., … Kabyliatski A. V. Studying the effect of composition on the crystal structure, optical properties, and photogenerated current carriers lifetimes in AgxCu1–xGaSe2 (0 ≤ x ≤ 1) solid solutions. High Energy Chemistry. 2024;58(5): 492-498. https://doi.org/10.1134/S0018143924700474

Novikov G. F., Marinin A. A., Rabenok E. V. Microwave measurements of the pulsed photoconductivity and photoelectric effect. Instruments and Experimental Techniques. 2010; 53(2): 233–239. https://doi.org/10.1134/S0020441210020144

Barman B., Handique K. C., Kalita P. K. Observation of negative differential resistance (NDR) in chemically synthesized CuGaSe2 nanorods. Materials Letters. 2024;357: 135638. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2023.135638

Swamy H. G., Naidu B. S., Reddy P.J. Structure and optical properties of CuGaSe2 thin films. Vacuum. 1990; 41(4-6): 1445–1447. https://doi.org/10.1016/0042-207X(90)93985-R

Karaagac H., Parlak M. Effects of annealing on structural and morphological properties of e-beam evaporated AgGaSe2 thin films. Applied Surface Science. 2009;255(11): 5999–6006. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2009.01.054

Karaagac H., Parlak M. Deposition and characterization of layer-by-layer sputtered AgGaSe2 thin films. Applied Surface Science. 2011;257(13): 5731–5738. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2011.01.087

Isik M., Gasanly N. M. Investigation of structural and optical characteristics of thermally evaporated Ga2Se3 thin films. Vacuum. 2020;179: 109501. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109501

Isik M., Sarigul N., Gasanly N. M. Thermoluminescence characteristics of GaSe and Ga2Se3 single crystals. Journal of Luminescence. 2022;246: 118846. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2022.118846

Theodoropoulou S., Papadimitriou D., Doka S., Schedel-Niedrig T., Lux-Steiner M. C. Structural properties of Ge oped CuGaSe2 films studied by Raman and photoluminescence spectroscopy. Thin Solid Films. 2007; 515(15): 5904–5908. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2006.12.163

Cui Y., Roy U. N., Bhattacharya P., Parker A., Burger A., Goldstein J. T. Raman spectroscopy study of AgGaSe2, AgGa0.9In0.1Se2, and AgGa0.8In0.2Se2 crystals. Solid State Communications. 2010;150(35-36): 1686–1689. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2010.06.022

Boyle J. H., McCandless B. E., Shafarman W. N., Birkmire R. W. Structural and optical properties of (Ag, Cu) (In, Ga)Se2 polycrystalline thin film alloys. Journal of Applied Physics. 201;115(22). https://doi.org/10.1063/1.4880243

Nigge K. M., Baumgartner F. P., Bucher E. CVT-growth of AgGaSe2 single crystals: electrical and photoluminescence properties. Solar Energy Materials and Solar Cells. 1996;43(4): 335–343. https://doi.org/10.1016/0927-0248(96)00007-4

Artus L., Bertrand Y. Anomalous temperature dependence of fundamental gap of AgGaS2 and AgGaSe2 chalcopyrite compounds. Solid State Communications. 1987;61(11): 733–736. https://doi.org/10.1016/0038-1098(87)90727-7

Weiss T., Birkholz M., Saad M., … Lux-Steiner M. C. Ag-doped CuGaSe2 as a precursor for thin film solar cells. Journal of Crystal Growth. 1999;198: 1190–1195. https://doi.org/10.1016/S0022-0248(98)01152-X

Schön J. H., Riazi-Nejad H., Kloc C., Baumgartner F. P., Bucher E. Photoluminescence properties of doped-and undoped-CuGaSe2 single crystals. Journal of Luminescence. 1997;72: 118–120. https://doi.org/10.1016/S0022-2313(96)00385-7

Опубликован
2025-09-25
Как цитировать
Ракитин, В. В., Гапанович, М. В., Рабенок, Е. В., Калимуллина, Д. Р., Луценко, Д. С., Кулеметьев, И. Д., Кольцов, Е. Н., Станчик, А. В., & Гременок, В. Ф. (2025). Исследование влияния стехиометрии порошков (AgxCu1–x)0.7GaSe2 на их фазовый состав, структуру и времена жизни фотогенерированных носителей тока. Конденсированные среды и межфазные границы, 27(3), 441-453. https://doi.org/10.17308/kcmf.2025.27/13020
Выпуск
Том 27 № 3 (2025)
Раздел
Оригинальные статьи

Copyright (c) 2025 Конденсированные среды и межфазные границы

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC