正电子湮没光谱研究光伏应用中BaSi2薄膜中的点缺陷

二硅化钡（BaSi₂）是一种用于高效薄膜太阳能电池的有前途的吸收材料。BaSi₂具有斜方晶系结构，在环境条件下稳定，组成元素硅和钡都含量丰富且毒性低。这种半导体材料具有适合太阳能转换的带隙（Eg∼1.3 eV）。理论上，BaSi₂同质结太阳能电池可达到的转换效率约为25%。对于p-BaSi₂/n-Si异质结太阳能电池，已经报道了9.9%的实验转换效率，其中BaSi₂薄膜是通过分子束外延(MBE)生长的。MBE生长的样品目前导致最佳的太阳能电池性能，因为通过透射电子显微镜(TEM)判断，所得的BaSi₂薄膜表现出最无缺陷的结构。然而，MBE是一种昂贵且耗时的技术，限制了其在工业太阳能电池生产过程中的适用性。其他技术，如热蒸发(TE)和射频(RF)磁控溅射，已在先前的研究中用于成功生产BaSi₂薄膜。多晶BaSi₂薄膜可以通过工业上适用的射频溅射工艺合成，然后进行后退火处理。然而，先前的研究表明，该技术面临与材料合成和质量控制相关的问题，因为沉积的BaSi₂薄膜结晶所必需的600-700℃范围内的高温退火 也导致呈现不均匀的分层结构。此外，观察到在退火过程中形成了亚表面氧化层。

在本研究中，我们使用多普勒展宽正电子湮没光谱（DB-PAS）深度剖面、拉曼光谱和x射线衍射，比较了射频（RF）溅射、热蒸发（TE）和分子束外延（MBE）沉积的BaSi₂薄膜的纳米结构、层组成和点缺陷。我们对热退火射频溅射沉积和TE沉积BaSi₂层的DB-PAS研究，与高质量BaSi₂进行比较由MBE生产的薄膜表明，在多晶BaSi₂薄膜中分别存在空位-氧络合物和Si或Ba单空位。从MBE和TE到工业上适用的射频溅射沉积合成，近表面氧化程度增加。从DB-PAS判断，在热退火射频溅射BaSi₂薄膜上使用a-Si覆盖层可明显减少亚表面氧化并提高BaSi₂薄膜的质量。

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