Тонкі плівки CZTS, вирощені шляхом сульфуризації електроосаджених металевих прекурсорів: вплив підвищення вмісту олова в металевих прекурсорах на структуру, морфологію та оптичні властивості тонких плівок

  • Є.А. Ботчвей Факультет фізики, Університет науки і технологій Кваме Нкрума, Кумасі, Гана
  • Френсіс Кофі Ампонг Факультет фізики, Університет науки і технологій Кваме Нкрума, Кумасі, Гана https://orcid.org/0000-0003-3562-8183
  • Ісаак Нкрума Факультет фізики, Університет науки і технологій Кваме Нкрума, Кумасі, Гана https://orcid.org/0000-0003-4030-7931
  • Д.Б. Пузер Факультет фізики, Університет науки і технологій Кваме Нкрума, Кумасі, Гана
  • Роберт Кваме Нкум Факультет фізики, Університет науки і технологій Кваме Нкрума, Кумасі, Гана https://orcid.org/0000-0003-0404-760X
  • Френсіс Боак'є Факультет фізики, Університет науки і технологій Кваме Нкрума, Кумасі, Гана
Ключові слова: тонкі плівки CZTS, електроосадження, сульфуризація, дослідження

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

##plugins.generic.usageStats.noStats##

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

Опубліковано
2023-06-02
Цитовано
Як цитувати
Ботчвей, Є., Ампонг, Ф. К., Нкрума, І., Пузер, Д., Нкум, Р. К., & Боак’є, Ф. (2023). Тонкі плівки CZTS, вирощені шляхом сульфуризації електроосаджених металевих прекурсорів: вплив підвищення вмісту олова в металевих прекурсорах на структуру, морфологію та оптичні властивості тонких плівок. Східно-європейський фізичний журнал, (2), 249-256. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-2-28

Найбільш популярні статті цього автора (авторів)