Solid-phase growth of CuGaS2 crystals

Homogenized mixtures of copper, gallium, and sulphur were annealed for 200 hrs. under vacuum at about 1000–1050°C (i.e. below the melting point of the CuGaS2 phase) in quartz ampoules in a vertical position, and then cooled down in a temperature gradient. The final charge was made up of three well-defined portions: a yellow polycrystalline CuGaS2 with large blocks of CuGaS2 (close to stoichiometry), a black portion with darkgreen aggregates of small CuGaS2 crystals, and yellow laminae of CuGaS2 single crystals, slightly inclined away from [112] direction. — A coupled growth mechanism — solidstate-diffusion-assisted coalescence/vapour transport — is assumed. Homogenisierte Mischungen von Kupfer, Gallium und Schwefel wurden 200 h lang unter Vakuum bei etwa 1000 bis 1050°C getempert (d. h. unterhalb des Schmelzpunktes der CuGaS2-Phase) in Quarz-Ampullen in vertikaler Lage, und dann in einem Temperaturgradienten allmahlich abgekuhlt. Das Endprodukt bestand aus drei gut definierten Anteilen: Gelbes polykristallines CuGaS2 mit grosen CuGaS2-Blocken (nahezu stochiometrisch), eine dunkle Zone mit dunkelgrunen Aggregaten aus kleinen CuGaS2-Kristallen und eine gelbe Lage aus CuGaS2-Einkristallen mit geringer Abweichung von der [112]-Richtung. — Ein gekoppelter Wachstumsmechanismus — festkorperdiffusionsunterstutzte Koaleszenz/Gastransport — wird angenommen.