Тонкі плівки CZTS, вирощені шляхом сульфуризації електроосаджених металевих прекурсорів: вплив підвищення вмісту олова в металевих прекурсорах на структуру, морфологію та оптичні властивості тонких плівок
Анотація
Було проведено дослідження впливу кількості Sn у розчині прекурсора на деякі фізичні властивості плівок CZTS, вирощених шляхом сульфування електроосаджених металевих прекурсорів. Зростання зразків CZTS було досягнуто шляхом послідовного електроосадження складових металевих шарів на скляних підкладках ITO з використанням 3-електродної електрохімічної комірки з графітом як протиелектродом та Ag/AgCl як електродом порівняння. Вміст Sn в металевому прекурсорі змінювали шляхом зміни часу осадження Sn. Складений елементний шар потім м’яко відпалювали в аргоні при 350°C, а потім сульфірували при 550°C для вирощування тонких плівок CZTS. Досліджено структуру, морфологію та оптичні властивості. Дослідження рентгенівської дифракції показали, що незалежно від вмісту Sn усі плівки були полікристалічними та демонстрували структуру кестериту CZTS з переважною орієнтацією вздовж площини (112). Однак спостерігалося збільшення кількості піків, індексованих до небажаних вторинних фаз, оскільки вміст Sn у металевому попереднику був збільшений. Вимірювання оптичного поглинання показало наявність прямого переходу зі значеннями забороненої зони, що зменшуються від 1,74 еВ до 1,25 еВ зі збільшенням кількості Sn. Менше значення ширини забороненої зони пояснюється наявністю вторинних фаз, утворених на додаток до плівки CZTS. Морфологія сульфурованих плівок показала компактну та кам’янисту текстуру з хорошим покриттям по всій підкладці. Однак плівки CZTS з більш високим вмістом Sn мали розплавлену металеву поверхню з глибокими тріщинами, які могли мати негативний вплив на електричні властивості плівки. Аналіз EDAX показав, що всі плівки відповідають утворенню CZTS. З усіх методів визначення характеристик очевидно, що збільшення вмісту Sn у складених металевих прекурсорах понад стехіометричні кількості мало несприятливий вплив на структурні та оптичні властивості плівок CZTS, вирощених цією технікою.
Завантаження
Посилання
S.D. Sharma, K. Bayikadi, S. Raman, and S. Neeleshwar, Nanotechnology, 31, (36), 365402 (2020). https://doi.org/10.1088/1361-6528/ab9393
S. Prabhu, S.K. Pandey, and S. Chakrabarti, International Journal of Energy Research, 46(11), 15300 (2022). https://doi.org/10.1002/er.8232
K. Diwate, K. Mohite, M. Shinde, S. Rondiya, A. Pawbake, A. Date, H. Pathan, and S. Jadkar, Energy Procedia, 110, 180 (2017). https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.125
D.B. Mitzi, O. Gunawan, T.K. Todorov, K. Wang, and S. Guha, Solar Energy Materials and Solar Cells, 95(6), 1421 (2011). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2010.11.028
S. Giraldo, Z. Jehl, M. Placidi, V. Izquierdo-Roca, A. Pérez-Rodríguez, and E. Saucedo, Advanced Materials, 32, 1806692 (2019). https://doi.org/10.1002/adma.201806692
C. Gougaud, D. Rai, S. Delbos, E. Chassaing, and D. Lincot, Journal of The Electrochemical Society, 160(10), 485 (2013). https://doi.org/10.1149/2.105310jes
I. Nkrumah, F.K. Ampong, A. Britwum, M. Paal, B. Kwakye-Awuah, R.K. Nkum, and F. Boakye, Chalcogenide Letters, 20(3), 205 (2023). https://doi.org/10.15251/CL.2023.203.205
S. Thanikaikarasan, T. Mahalingam, T. Ahamad, S. M. Alshehr, Journal of Saudi Chemical Society, 24, 955 (2020). https://doi.org/10.1016/j.jscs.2020.10.003
N. Jahan, R. Matin, M.S. Bashar, M. Sultana, M. Rahaman, M.A. Gafur, M.A. Hakim, et al., Am. Int. J. Res. Sci. Technol. Eng. Math, 1, 69 (2016). http://iasir.net/AIJRSTEMpapers/AIJRSTEM16-141.pdf
A. Weber, R. Mainz, and H.W. Schock, Journal of Applied Physics, 107(1), 013516 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3273495
H. Borate, A. Bhorde, A. Waghmare, S. Nair, P. Subhash, A. Punde, P. Shinde, et al., ES Materials & Manufacturing, 11, 30 (2020). http://dx.doi.org/10.30919/esmm5f934
S. Mahjoubi, N. Bitri, M. Abaab, and I. Ly, Materials Letters, 216, 154 (2018). https://doi.org/10.1016/j.matlet.2018.01.004
D. Payno, S. Kazim, M. Salado, and S. Ahmad, Solar Energy, 224, 1136 (2021). https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.06.038
H. Zhang, M. Xie, S. Zhang, and Y. Xiang, Journal of Alloys and Compounds, 602, 199 (2014). http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.03.014
S. Siebentritt, and S. Schorr, Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 20(5), 512 (2012). https://doi.org/10.1002/pip.2156
G. Larramona, S. Levcenko, S. Bourdais, A. Jacob, C. Choné, B. Delatouche, C. Moisan, et al., Advanced Energy Materials, 5(24), 1501404 (2015). https://doi.org/10.1002/aenm.201501404
E.A. Botchway, F.K. Ampong, I. Nkrumah, R.K. Nkum, and F. Boakye, Open Journal of Applied Sciences, 9(9), 725 (2019). https://doi.org/10.4236/ojapps.2019.99059
J.J. Scragg, T. Ericson, T. Kubart, M. Edoff, and C. Platzer-Bjorkman, Chemistry of Materials, 23(20), 4625 (2011). https://doi.org/10.1021/cm202379s
S. Chen, J. Tao, H. Tao, Y. Shen, L. Zhu, J. Jiang, X. Zeng, and T. Wang, Materials Technology, 30(5), 306 (2015). https://doi.org/10.1179/1753555715Y.0000000007
X. He, H. Shen, J. Pi, C. Zhang, and Y. Hao, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 24(11), 4578 (2013). https://doi.org/10.1007/s10854-013-1445-2
T. Hreid, Doctoral dissertation, Queensland University of Technology, 2016.
F. Jiang, S. Ikeda, Z. Tang, T. Minemoto, W. Septina, T. Harada, and M. Matsumura, Research and Applications, 23(12), 1884 (2015). https://doi.org/10.1002/pip.2638
S. Mondal, S.R. Bhattacharyya, and P. Mitra, Bulletin of Materials Science, 36, 223 (2013). https://doi.org/10.1007/s12034-013-0462-3
D.B. Puzer, I. Nkrumah, F.K. Ampong, M. Paal, E.A. Botchway, R.K. Nkum, F. Boakye, Chalcogenide Letters, 18(8), 481 (2021). https://chalcogen.ro/481_PuzerDB.pdf
J.J. Scragg, P.J. Dale, L.M. Peter, G. Zoppi, and I. Forbes, Physica Status Solidi B, 245(9), 1772 (2008). https://doi.org/10.1002/pssb.200879539
O.V. Goncharova, and V.F. Gremenok, Semiconductors, 43, 96 (2009). https://doi.org/10.1134/S1063782609010199
M. Paal, I. Nkrumah, F.K. Ampong, D.U. Ngbiche, R.K. Nkum, and F. Boakye, Science Journal of University of Zakho, 8(3), 97 (2020). https://doi.org/10.25271/sjuoz.2020.8.3.752
C.K. Bandoh, I. Nkrumah, F.K. Ampong, R.K. Nkum, and F. Boakye, Chalcogenide Letters, 18(2), 81 (2021). https://chalcogen.ro/81_BandohCK.pdf
M. Khammar, F. Ynineb, S. Guitouni, Y. Bouznit, and N. Attaf, Applied Physics A, 126(6), 398 (2020). https://doi.org/10.1007/s00339-020-03591-6
Авторське право (c) 2023 Є.А. Ботчвей, Френсіс Кофі Ампонг, Ісаак Нкрума, Д.Б. Пузер, Роберт Кваме Нкум, Френсіс Боак'є
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
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).
