Вплив легування Na на деякі фізичні властивості тонкіх плівок CZTS з хімічним напиленням
Анотація
У цій роботі тонкі плівки сульфіду міді-цинку-олова (CZTS), леговані натрієм, отримують шляхом нанесення їх на скляні підкладки при температурі (400±10) °C і товщині (350±10) нм за допомогою хімічного розпилювального піролізу (CSP). техніка. Як джерело використовували 0,02 М дигідрату хлориду міді (CuCl2,2H2O), 0,01 М хлориду цинку (ZnCl2), 0,01 М дигідрату хлориду олова (SnCl2,2H2O), 0,16 М тіосечовини (SC(NH2)2). іони міді, цинку, олова та сірки відповідно. Як джерело легуючої домішки використовувався хлорид натрію (NaCl) у різних об’ємних співвідношеннях (1, 3, 5, 7 та 9) %. Розчин напилюють на скляні підкладки. Для дослідження структурних, оптичних та електричних властивостей отриманих плівок використовувалися методи XRD-дифракції, рамановської спектроскопії, FESEM, UV-Vis-NIR та методу ефекту Холла. Результати дифракції XRD показали, що всі плівки є полікристалічними, з тетрагональною структурою та переважною орієнтацією вздовж площини (112). Розмір кристалітів усіх плівок було оцінено за допомогою методу Шеррера, і було виявлено, що розмір кристалітів зменшується зі збільшенням коефіцієнта легування. Результати FESEM показали існування наночастинок у формі цвітної капусти. Показано, що ширина забороненої зони оптичної енергії становить від 1,6 до 1,51 еВ з високим коефіцієнтом поглинання (α ≥104 см-1) у видимій області спектра. Вимірювання Холла показали, що провідність тонких плівок CZTS з різними коефіцієнтами легування Na має електропровідність p-типу, і вона зростає зі збільшенням коефіцієнта легування Na.
Завантаження
Посилання
A. Polman, M. Knight, E.C. Garnett, B. Ehrler, and W.C. Sinke, “Photovoltaic materials: Present efficiencies and future challenges,” Science, 352(6283), aad4424 (2016). https://doi.org/10.1126/science.aad4424
P. Jackson, R. Wuerz, D. Hariskos, E. Lotter, W. Witte, and M. Powalla, “Effects of heavy alkali elements in Cu(In,Ga)Se2 solar cells with efficiencies up to 22.6%”, Phys. Status Solidi, 10(8), 583 (2016). https://doi.org/10.1002/pssr.201600199
M.M.I. Sapeli, M.T. Ferdaous, S.A. Shahahmadi, K. Sopian, P. Chelvanathan, and N. Amin, “Effects of Cr doping in the structural and optoelectronic properties of Cu2ZnSnS4 (CZTS) thin film by magnetron co-sputtering”, Materials Letters, 221, 22 (2018). https://doi.org/10.1016/j.matlet.2018.03.056
K.I. Nakazawa, “Electrical and optical properties of stannite-type quaternary semiconductor thin films”, Japanese Journal of Applied Physics, 27(11), 2094 (1988). https://doi.org/10.1143/JJAP.27.2094
H. Katagiri, K. Jimbo, W.S. Maw, K. Oishi, M. Yamazaki, H. Araki, and A. Takeuchi, “Development of CZTS-based thin film solar cells”, Thin Solid Films, 517(7), 2455 (2009). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2008.11.002
M. Buffiere, DS. Dhawale, and F. El-Mellouhi, “Chalcogenide materials and derivatives for photovoltaic applications”, Energy Technology, 7(11), 1900819 (2019). https://doi.org/10.1002/ente.201900819
S. Giraldo, Z. Jehl, M. Placidi, V. Izquierdo-Roca, A. Pérez- Rodríguez, and E. Saucedo, “Progress and perspectives of thin film kesterite photovoltaic technology: a critical review”, Advanced Materials, 31(16), 1806692 (2019). https://doi.org/10.1002/adma.201806692
P.S. Patil, “Versatility of chemical spray pyrolysis technique”, Mater. Chem. Phys. 59(3), 185 (1999). https://doi.org/10.1016/S0254-0584(99)00049-8
N. Nakayama, and K. Ito, “Sprayed films of stannite Cu2ZnSnS4”, Applied Surface Science, 92, 171 (1996). https://doi.org/10.1016/0169-4332(95)00225-1
Z. Laghfour, S. Aazou, M. Taibi, G. Schmerber, A. Ulyashin, A. Dinia, and Z. Sekkat, “Sodium doping mechanism on sol-gel processed kesterite Cu2ZnSnS4 thin films”, Superlattices and Microstructures, 120, 747 (2018). https://doi.org/10.1016/j.spmi.2018.05.018
Z. Tong, F. Liu, L. Jiang, and Y. Lai, “Improving the crystallization and carrier recombination of Cu2ZnSnS4 thin film deposited on Mo-coated soda-lime glass by extra sodium doping through solution process”. Materials Letters, 254, 50 (2019). https://doi.org/10.1016/j.matlet.2019.07.014
M. Marzougi, M.B. Rabeh, and M. Kanzari, “Effect of Na Doping on Structural and Optical Properties in Cu2ZnSnS4 Thin Films Synthesized by Thermal Evaporation Method”, Thin Solid Films, 672, 41 (2019). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2018.12.046
C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, (John Wiley and Sons Inc. 8th Edition, (2005).
B.D. Cullity, Elements of X-ray Diffraction, (Addison-Wesley publishing company, 1956).
E.M. Mkawi, “Kesterite Cu2ZnSnS4 Thin Films Synthesized Utilizing Electrodeposition: Influence of Metal Doping on the Properties”, International Journal of Energy Research, 45(2), 1908 (2021). https://doi.org/10.1002/er.5873
N.A. Bakr, S.A. Salman, and S.A. Hameed, “Deposition and Characterization of Cu2ZnSnS4 Thin Films for Solar Cell Applications”, International Journal of Applied Engineering Research, 13(6), 3379 (2018). https://www.ripublication.com/ijaer18/ijaerv13n6_32.pdf
D. Porezag, and M.R. Pederson, “Infrared Intensities and Raman-scattering Activities within Density-Functional Theory”, Physical Review B, 54(11), 7830 (1996). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.7830
N.A. Bakr, Z.T. Khodair, and S.M. Abdul Hassan, “Effect of Substrate Temperature on Structural and Optical Properties of Cu2ZnSnS4 (CZTS) Films Prepared by Chemical Spray Pyrolysis Method”, Research Journal of Chemical Sciences, 5(10), 51 (2014). http://surl.li/crxgq
F. Zheng, X. Wen, T. Bu, S. Chen, J. Yang, W. Chen, F. Huang, and B. Jia, “Slow Response of Carries Dynamics in Perovskite Interface upon illumination”, ACS Applied Materials and Interfaces, 10(37), 31452 (2018). https://doi.org/10.1021/acsami.8b13932
Z.K. Yuan, S. Chen, Y. Xie, J.S. Park, H. Xiang, X.G. Gong, and S.H. Wei, “Na-Diffusion Enhanced p-type Conductivity in Cu(In,Ga)Se2: A New Mechanism for Efficient Doping in Semiconductors”, Advanced Energy Materials, 6(24), 1601191 (2016). https://doi.org/10.1002/aenm.201601191
C.Y. Liu, Z.M. Li, H.Y. Gu, S.Y. Chen, H. Xiang, and X.-G. Gong, “Sodium Passivation of the Grain Boundaries in CuInSe2 and Cu2ZnSnS4 for High-Efficiency Solar Cells”, Advanced Energy Mater, 7(8), 1601457 (2017). https://doi.org/10.1002/aenm.201601457
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
