Особливості фотоелектричних характеристик фотодетектора на основі шарів ZnₓCd₁-ₓS з максимальною фоточутливістю в ультрафіолетовому діапазоні
Анотація
Робота присвячена дослідженню фотоелектричних властивостей структурованих плівок Au–ZnₓCd₁₋ₓS–Mo, які є фоточутливими в ультрафіолетовій та видимій областях електромагнітного спектра з максимальною чутливістю в ультрафіолетовій області. Встановлено, що спектральний відгук структурованих плівок Au–ZnₓCd₁₋ₓS–Mo залежить від температур випарників ZnS і CdS, які впливають на склад фотоактивного шару ZnₓCd₁₋ₓS (x = Zn/(Zn + Cd)). Зміною температури випарника ZnS під час росту шару ZnₓCd₁₋ₓS на молібденовій підкладці було синтезовано градієнтний шар ZnₓCd₁₋ₓS, який формує фотоактивний шар структури. Отримана фоточутлива напівпровідникова структура проявляє чутливість в ультрафіолетовій та видимій областях спектра з максимумом в ультрафіолетовому діапазоні. Аналіз спектрального відгуку показує, що фотоактивний шар має градієнтну заборонену зону, яка зменшується від EG = 3,05 ± 0,05 еВ до EG = 2,45 ± 0,05 еВ. Дослідження світлових вольт-амперних характеристик за монохроматичного опромінення показало, що вони характеризуються різними значеннями коефіцієнта неідеальності діода (n) та зворотного струму насичення (J₀). Синтезований шар ZnₓCd₁₋ₓS може бути використаний як буферний шар у тонкоплівкових сонячних елементах, таких як CdTe, CIGS та інших, замість шару CdS, що дозволяє підвищити як струм короткого замикання, так і напругу холостого ходу тонкоплівкових сонячних елементів.
Завантаження
Посилання
B. Liu, J. Li, W. Yang, X. Zhang, X. Jiang, and Y. Bando, “Semiconductor Solid-Solution Nanostructures: Synthesis, Property Tailoring, and Applications,” 13(45), 1701998 (2017). https://doi.org/10.1002/smll.201701998
Y.Y. Zhan, Z.B. Shao, T.H. Jiang, J. Ye, X.F. Wu, B.C. Zhang, K. Ding, D. Wu, and J.S. Jie, “Cation exchange synthesis of two-dimensional vertical Cu2S/CdS heterojunctions for photovoltaic device applications,” J. Mater. Chem. A, 8, 789 (2020). https://doi.org/10.1039/C9TA11304E
A. Bosio, G. Rosa, and N. Romeo, “Past, present and future of the thin film CdTe/CdS solar cells,” Solar Energy, 175(11), 31 43 (2018). http://dx.doi.org/10.1134/S1063783412090193
V. Bermudes, “On overview on electrodeposited Cu(In,Ga) (Se,S)2 thin films for photovoltaic devices,” Solar Energy, 175, 2 8 (2018). http://dx.doi.org/10.1134/S1063783412090193
T. Kato, J.-L. Wu, Y. Hirai, H. Sugimoto, and V. Bermudez, “Record Efficiency for Thin-Film Polycrystalline Solar Cells Up to 22.9% Achieved by Cs-Treated Cu(In,Ga)(Se,S)2,” IEEE Journal of Photovoltaics, 9(1), 325-330 (2018). https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2018.2882206
S.-Y. Wei, Y.-C. Liao, C.-H. Hsu, C.-H. Cai, W.-C. Huang, M.-C. Huang, and C.-H. Lai, “Achieving high efficiency Cu2ZnSn(S,Se)4 solar cells by non-toxic aqueous ink: Defect analysis and electrical modeling,” Nano Energy, 26, 74-82 (2016). http://dx.doi.org/10.1134/S1063783412090193
M.S. De Urquijo-Ventura, M.G.S. Rao, S. Meraz-Davila, J.A. Torres-Ochoa, M.A. Quevedo-Lopez, and R. Ramirez-Bon, “PVPS iO2 and PVP-TiO2 hybrid films for dielectric gate applications in CdS-based thin film transistors,” Polymer, 191, 122261 (2020). https://doi.org/10.1016/j.polymer.2020.122261
D.B. Istamov, O.A. Abdulkhayev, Sh.M. Kuliyev, N. Abdullayev, A.Sh. Ashirov, and D.M. Yodgorova, “Temperature response curve of silicon diode temperature sensors,” East Eur. J. Phys. (2), 287-291 (2025), https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-2-35
R.R. Bebitov, O.A. Abdulkhaev, D.M. Yodgorova, D.B. Istamov, G.M. Hamdamov, Sh.M. Kuliyev, A.A. Khakimov and A.Z. Rakhmatov, “Dependence of the accuracy of the silicon diode temperature sensors for cryogenic thermometry on the spread of their parameters,” Low Temperature Physics, 49(2), 277–282 (2023). https://doi:10.1063/10.0016843
R.R. Bebitov, O.A. Abdulkhaev, D.M. Yodgorova, D.B. Istamov, Sh.M. Kuliyev, A.A. Khakimov, A.B. Bobonazarov, et al. “Distribution of impurities in base-depleted region of diode temperature sensor,” Low Temperature Physics, 50(5), 418–424 (2024). https://doi.org/10.1063/10.0025635
J. Meza-Arroyo, K.C.S. Reddy, M.G.S. Rao, F. Garibay-Martínez, M.S. de Urquijo-Ventura, and R. Ramírez-Bon, “Solution-based CdS thin film transistors with low temperature-processed Al2O3-GPTMS-PMMA as hybrid dielectric gate,” Semiconductor Science and Technology, 36, 045015 (2021). https://doi.org/10.1088/1361-6641/abe01c
Y.B. Zhang, F.J. Zhang, H.Z. Wang, L. Wang, F.F. Wang, Q.L. Lin, H.B. Shen, and L.S. Li, “High-efficiency CdSe/CdS nanorod-based red light-emitting diodes,” Optics Express, 27, 7935 (2019). https://doi.org/10.1364/OE.27.007935
T. Duan, J. Ai, S. Chen, G. He, X. Guo, L. Han, S. Che, and Y. Duan, “Chiral CdSe/CdS quantum dot (in rod)-light-emitting diodes with circularly polarized electroluminescence,” Nano Rasearch, 15(10), 9573-9577 (2022). https://doi.org/10.1007/s12274-022-4536-7
D.B. Istamov, O.A. Abdulkhayev, and S.M. Kuliyev, “Limiting characteristics of silicon diode temperature sensors for determining the maximum temperature with specified measurement accuracy,” UNEC J. Eng. Appl. Sci. 5(1), 63-69 (2025). https://doi.org/10.61640/ujeas.2025.0507
G.Z. Wang, L.X. Gong, Z.F. Li, B. Wang, W.L. Zhang, B.F. Yuan, T.W. Zhou, et al., “A two-dimensional CdO/CdS heterostructure used for visible light photocatalysis,” Physical Chem. Chemical Physics, 22(17), 9587-9592 (2020). https://doi.org/10.1039/D0CP00876A
J.M. Hwang, M.O. Oh, I. Kim, J.K. Lee, and C.S. Ha, “Preparation and characterization of ZnS based nano-crystalline particles for polymer light-emitting diodes,” Current Applied Physics, 5(1), 31-34 (2005). https://doi.org/10.1016/.j.cap.2003.11.075
X.C. Yu, Q.Q. Xing, X.P. Zhang, H.L. Jiang, and F.R. Cao, “Photoelectrochemical water splitting using TiO2 nanorod arrays coated with Zn-doped CdS,” Journal of Materials Science, 56(18), 11059 (2021). https://doi.org/10.1007/s10853-021-06008-8
S. Joishy, DD.N. Hebbar, S.D. Kulkarni, K.G. Rao, and B.V. Rajendra, “Band structure controlled solid solution of spray deposited Cd1-xZnxS films: investigation on photoluminescence and photo response properties,” Physica B Condensed Matter, 586, 412143 (2020). https://doi.org/10.1016/j.physb.2020.412143
K.M. McPeak, B. Opasanont, T. Shibata, D.K. Ko, M.A. Becker, S. Chattopadhyay, H.P. Bui, et al., “Microreactor chemical bath deposition of laterally graded Cd1-xZnxS thin films: a route to high through put optimization for photovoltaic buffer layers,” Chemistry of Materials, 25(3), 297–306 (2013). https://doi.org/10.1021/cm3023506
S.Z. Werta, O.K. Echendu, K.O. Egbo, and F.B. Dejene, “Electrochemical deposition and characterization of thin-film Cd1-xZnxS for solar cell application: the effect of cathodic deposition voltage,” Thin Film Solids, 689, 137511 (2019). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2019.137511
M. Isik, M. Terlemezoglu, S. Isik, K. Erturk, and N.M. Gasanly, “The effect of Zn concentration on the structural and optical properties of Cd1-xZnxS nanostructured thin films,” J Mater. Sci: Mater. Electron. 32, 25225–25233 (2021). https://doi.org/10.1007/s10854-021-06980-6
R.R. Kabulov, L.O‘. Shuhratova, K.T. Suyarov, F.A. Akbarov, D.B. Istamov. Structural, Compositional, and Photoluminescence Properties of CsPbBr3 Thin Films Grown by Single-source Thermal Vacuum Chemical Vapor Deposition. e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 23. 364–367 (2025). https://doi.org/10.1380/ejssnt.2025-051
R.R. Kobulov, M.A. Makhmudov, S.Y. Gerasimenko, and O.K. Ataboev, “Morphology and Current Transport in a Thin-Film Polycrystalline Au–ZnxCd1-xS–Mo Structure with Wide Photosensitivity Range in the Ultraviolet and Visible Radiation Spectral Region,” Applied Solar Energy, 54(4), 251–254 (2018). https://doi.org/10.3103/S0003701X18040084
S.Z. Werta, O.K. Echendu, K.O. Egbo, and F.B. Dejene, “Electrochemical deposition and characterization of thin-film Cd1-xZnxS for solar cell application: the effect of cathodic deposition voltage,” Thin Film Solids, 689, 137511 (2019). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2019.137511
M. Zakria, A. Mahmood, A. Shah, Q. Raza, T.M. Khan, and E. Ahmed, “Tunability of physical properties of (Cd:Zn)S thin film by close space sublimation process (CSSP),” Prog. Nat. Sci. 22, 281 (2012). https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2012.07.006
M. Shkir, M. Anis, S.S. Shaikh, M.S. Hamdy, and S. AlFaify, “Impact of Se doping on optical and third-order nonlinear optical properties of spray pyrolysis fabricated CdS thin films for optoelectronics,” Appl. Phys. B, 127, 121 (2020). https://doi.org/10.1007/s00340-020-07472-x
J. Mathew, S. Devasia, S. Shaji, and E.I. Anila, “Metal–semiconductor–metal visible photodetector based on Al-doped (Cd:Zn)S nano thin films by hydrothermal synthesis,” Optik, 241, 166878 (2021). https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2021.166878
Sh.A. Mirsagatov, A.K. Uteniyazov, and A.S. Achilov, Physics of the Solid State, 54, (2012). http://dx.doi.org/10.1134/S1063783412090193
N.K. Abrikosov, V. F. Bankina, L.V. Poretskaya, L.E. Shelimova, and E.V. Skudnova, "AIIBVI Compounds," in: Semiconducting II–VI, IV–VI, and V–VI Compounds, (Springer Science+Business Media, New York, 1969), pp.1-64. https://doi.org/10.1007/978-1-4899-6373-4_1
S.Yu. Pavelets, Yu.N. Bobrenko, T.V. Semikina, B.S. Atdaev, G.I. Sheremetova, and M.V. Yaroshenko, “Ultraviolet sensors based on ZnxCd1-xS Solid solutions,” Ukrainian Journal of physics, 64(4), 308 (2019). https://doi.org/10.15407/ujpe64.4.308
D. Lilhare, and A. Khare, “Temperature dependent characterizations of chemically deposited (Cdx-Zn1-x)S nanocrystalline films for solar cell applications,” Optical Materials, 108, 110385 (2020). https://doi.org/10.1016/j.optmat.2020.110385
B. Barman, K.V. Bangera, G.K. Shivakumar, “ZnxCd1-xS thin films: A study towards its application as a reliable photodetector,” Superlattices and Microstructures, 137, 106349 (2020). https://doi.org/10.1016/j.spmi.2019.106349
Sh.A. Mirsagatov, and A.A. Mavlonov, “High Efficiency UV Photocells Based on ZnxCd1 – xS Solid Solutions,” Applied Solar Energy, 48(1), 51–54 (2012). https://doi.org/10.3103/S000 3701X12010100
R.R. Kobulov, М.А. Махмudov, and S.Yu. Gerasimenko, “Fabrication and investigation of ultravialet Au-ZnxCd1–xS-Mo-structures,” Applied Solar Energy, 53(1), 10-12 (2017). https://doi.org/10.3103/S0003701X1701008X
Sh.A. Mirsagatov, A.Yu. Leiderman, and O.K. Ataboev, “Mechanism of Charge Transfer in Injection Photodiodes Based on the In–n+CdS–nCdSxTe1–x–pZnxCd1 – xTe–Mo Structure,” Physics of the Solid State, 55(8), 1635–1646 (2013). https://doi.org/10.1134/S1063783413080192
R.R. Kobulov, М.А. Махмudov, and S.Yu. Gerasimenko, “Fabrication and investigation of ultravialet Au-ZnxCd1–xS-Mo-structures, Applied Solar Energy, 53(1), 10-12 (2017). https://doi.org/10.3103/S0003701X1701008X
S.M. Sze, and K.Ng. Kwok, Physics of Semiconductor Devices, 3rd ed., (John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2007).
M. Grandman, “The Physics of Semiconductors”, Second Edition, (Springer – Verlag, Berlin, Heydelberg. 2010).
K. Ohata, I. Saraie, and J. Tanaka, Jap. J. Appl. Phys. 12(10), 1641-1642 (1973). https://doi.org/10.1143/jjap.12.1641
Farrukh Akbarov; Rustam Kabulov; Anvar Alimov; Erkin Abduraimov; Dildora Nasirova. Dependence of output parameters of photovoltaic module based on CIGS solar cells on external temperatures. AIP Conf. Proc. 3331, 040046 (2025). https://doi.org/10.1063/5.0305885
R.R. Kabulov, М.A. Makhmudov, M.U. Khajiev, and O.K. Ataboev, “The Study of Factors that Influence on the Effectiveness of the Photoconversion of n-CdS/p-CdTe Heterostructures,” Applied Solar Energy, 52(1), 61–67 (2016). https://doi.org/10.3103/s0003701x16010047
S.M. Sze, “Semiconductor Devices. Physics & Technology”, 3rd ed. (John S. Wiley & Sons, Inc., New York, 2002).
R.R. Kabulov, N.A. Matchanov, and B.R. Umarov, “Features of load current–voltage characteristics of a monocrystalline silicon solar cell at various levels of solar illumination,” Applied Solar Energy, 53(4), 297–298 (2016). https://doi.org/10.3103/S0003701X16010047
Sh.A. Mirsagatov, R.R. Kabulov, and M.A. Makhmudov, “Injection Photodiode Based on an n-CdS/p-CdTe Heterostructure,” Semiconductors, 47(6), 825–830 (2013). https://doi.org/10.1134/S106378261306016X
R.R. Kabulov, S.Y. Gerasimenko, and F.A. Akbarov, “Effect of Solar Radiation of Different Power on the Internal Amplification of the Primary Photocurrent in Heterostructures Based on Cadmium Telluride,” Applied Solar Energy, 59(2), 118–124 (2023). https://doi.org/10.3103/S0003701X22601065
A.Yu. Leiderman, and M.M. Kashaev, “Lifetime specifics of nonequilibrum carriers in photoelectric cells based on gallium arsenide obtained via the Czochralski method,” Applied Solar Energy, 49(4), 244-247 (2013). https://doi.org/10.3103/s0003701x13040105
M.A. Green, “Solar cell efficiency tables (Version 60),” Prog. Photovoltaics Res. Appl. 30, 687–701 (2022). https://doi.org/10.1002/pip.3595
A.G. Komilov, R. Kabulov, B.E. Egamberdiev, Y.Z. Nasrullayev, and F.A. Akbarov, “The Result of Successive Exposure to Reverse and Forward Bias on the Electrophysical Characteristics of ZnO:Al/i-ZnO/CdS/CuIn1 –xGax(S, Se)2/Mo Structure Solar Cells,” Applied Solar Energy, 58(4), 476-481 (2022). https://doi.org/10.3103/S0003701X22040090
R.R. Kabulov, “Features of a ZnxCd1–xS Buffer Layer for Use in Thin-Film Solar Cells in the Context of a Literature Review,” Applied Solar Energy, 56(5), 383–387 (2020). https://doi.org/10.3103/S0003701X20050096
Авторське право (c) 2026 Р.Р. Кабулов, Д.Б. Істамов, К.Т. Суяров, Ф.А. Акбаров
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).
