Експериментальна характеристика тонких плівок гетеропереходу Al-легованого ZnO/CdTe, отриманих методом spin-coating із sol–gel
Анотація
Оксид цинку, легований l, викликає стійкий інтерес як недорогий, поширений на Землі прозорий провідний оксид n-типу для фотоелектричних систем з гетеропереходами, оброблених розчином. У цій роботі нелеговані тонкі плівки ZnO та AZO (2 мол.% Al/Zn) були нанесені на p-CdTe методом золь-гель спін-покриття та досліджені як прямі гетеропереходи ZnO(AZO)/CdTe без CdS – конфігурація, для якої експериментальні звіти залишаються рідкісними. Структурні, оптичні, електричні та морфологічні реакції були досліджені за допомогою рентгенівської дифракції (XRD), УФ-видимої абсорбційної спектроскопії з аналізом краю зони за першою похідною, темнових та освітлених J-V вимірювань з екстракцією параметрів діода Ченга-Ченга та скануючої електронної мікроскопії (SEM). Рентгенівська дифракція підтвердила співіснування CdTe з цинкової суміші та вюрциту ZnO, орієнтованого з c-осі, з розмірами кристалітів Шеррера 27±5 нм. Максимум похідної абсорбції змістився з 3,31 еВ (ZnO) до 3,33 еВ (AZO). Під впливом освітлення прилад AZO/CdTe показав Jsc ≈ 4,2 мА·см-2, Voc ≈ 0,43 В, при n ≈ 3,1, Rs ≈ 28 Ом·см-2, Rsh ≈ 310 Ом·см-2, FF ≈ 27%, η ≈ 0,49%. СЕМ виявив полікристалічний верхній шар AZO без отворів (зерна 30–80 нм). Результати встановлюють базову характеристику гетеропереходів AZO/CdTe, отриманих шляхом обробки розчином без буфера.
Завантаження
Посилання
G.T. Chavan, Y. Kim, M.Q. Khokhar, S.Q. Hussain, E.-C. Cho, J. Yi, Z. Ahmad, P. Rosaiah, and C.-W. Jeon, “A brief review of transparent conducting oxides (TCO),” Nanomaterials, 13(7), 1226 (2023). https://doi.org/10.3390/nano13071226
F.T. Yusupov, V.T. Mirzaev, T.I. Rakhmonov, O.R. Nurmatov, and D.Sh. Khidirov, “Enhanced optoelectronic properties of ZnO thin films through boron and fluorine co-doping,” J. Ovonic Res. 21(3), 285–296 (2025). https://doi.org/10.15251/JOR.2025.213.285
M. Gartner, H. Stroescu, D. Mitrea, and M. Nicolescu, “Various applications of ZnO thin films obtained by chemical routes in the last decade,” Molecules, 28(12), 4674 (2023). https://doi.org/10.3390/molecules28124674
J. Lee, et al., “Advancing Al-doped ZnO thin films structural, optical and electrical properties via flash lamp annealing,” J. Semicond. 45(12), 122101 (2024). https://doi.org/10.1088/1674-4926/24070005
C. Djidjeli, A. Chelouche, T. Touam, and D. Djouadi, “Ag nanoparticles effects on physical properties of ZnO and AZO sol–gel thin films,” J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 34, 1765 (2023). https://doi.org/10.1007/s10854-023-11167-2
M.R. Rahman, et al., “Conductive and optically transparent sol–gel spin coated Al³⁺ and Sn⁴⁺ doped ZnO nano-crystalline thin-films,” J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 35, 1618 (2024). https://doi.org/10.1007/s10854-024-13328-3
M.I. Khan, T.R. Neha, and M.M. Billah, “UV-irradiated sol-gel spin coated AZO thin films: Enhanced optoelectronic properties,” Heliyon, 8(1), e08743 (2022). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e08743
H. Stroescu, et al., “Effect of Al incorporation on the structural and optical properties of sol–gel AZO thin films,” Materials, 16(9), 3329 (2023). https://doi.org/10.3390/ma16093329
A.M. Al-Shehri, S. Alshehri, H.E. Ali, J.E. Alassafi, A.O.M. Alzahrani, and M.S. Aida, “Al doping influence on the properties of sol–gel synthetized ZnO nanoparticles,” Phys. Status Solidi A, 220, 2300272 (2023). https://doi.org/10.1002/pssa.202300272
M.A. Bouacheria, A. Djelloul, M. Adnane, Y. Larbah, and L. Benharrat, “Characterization of pure and Al doped ZnO thin films prepared by sol gel method for solar cell applications,” J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 32, 2737–2747 (2022). https://doi.org/10.1007/s10904-022-02313-0
M.A. Scarpulla, B. McCandless, A.B. Phillips, Y. Yan, M.J. Heben, C. Wolden, G. Xiong, et al., “CdTe-based thin film photovoltaics: Recent advances, current challenges and future prospects,” Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 255, 112289 (2023). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2023.112289
Y. Tai, J. Li, Y. Zheng, G. Liu, J. Zhang, G. Zeng, K. Yakubov, et al., “Research on ultra-thin cadmium telluride heterojunction thin film solar cells,” Renew. Sustain. Energy Rev. 207, 114996 (2025). https://doi.org/10.1016/j.rser.2024.114996
O. Nurmatov, D. Tolaboyev, M. Akhmadjonov, M. Abdubannobov, J. Akhmadaliyev, X. Qodirov, I. Tursunov, and I. Yulchiev, “Role of Deep Defect States in Anomalous Photovoltage Relaxation of Polycrystalline Silver-Doped Cadmium Telluride Thin Films,” Informacije MIDEM – Journal of Microelectronics, Electronic Components and Materials, 56(1), (2026). https://doi.org/10.33180/InfMIDEM2026.105
J. Aranovich, D. Golmayo, A.L. Fahrenbruch, and R.H. Bube, “Photovoltaic properties of ZnO/CdTe heterojunctions prepared by spray pyrolysis,” J. Appl. Phys. 51(8), 4260–4268 (1980). https://doi.org/10.1063/1.328243
J.C. Zepeda Medina, et al., “Performance simulation of solar cell based on AZO/CdTe heterostructure by SCAPS 1D software,” Heliyon, 9(3), e14547 (2023). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e14547
J.C. Zepeda Medina, et al., “Theoretical improvement of the energy conversion efficiency of an AZO/CdTe heterojunction solar cell to over 27% by incorporating FeSi₂ as a second absorber layer,” Phys. Scr. 99, 115987 (2024). https://doi.org/10.1088/1402-4896/ad86fb
F.T. Yusupov, M.F. Akhmadjonov, D.Sh. Khidirov, D.Kh. Tolaboyev, and I.M. Tursunov, “Impact of resistivity on electrical characteristics of Al-doped ZnO/p-Si heterostructures,” East Eur. J. Phys. (1), 177–183 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-1-17
J.D. Major, “Grain boundaries in CdTe thin film solar cells: A review,” Semicond. Sci. Technol. 31(9), 093001 (2016). https://doi.org/10.1088/0268-1242/31/9/093001
A.I. Zokirov, and B.B. Akhmedov, “Time-controlled synthesis of CdTe quantum dots for tunable photoluminescence,” East Eur. J. Phys. (2), 324–329 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-2-40
S.K. Cheung, and N.W. Cheung, “Extraction of Schottky diode parameters from forward current-voltage characteristics,” Appl. Phys. Lett. 49(2), 85–87 (1986). https://doi.org/10.1063/1.97359
J. Perrenoud, L. Kranz, S. Buecheler, F. Pianezzi, and A.N. Tiwari, “The use of aluminium doped ZnO as transparent conductive oxide for CdS/CdTe solar cells,” Thin Solid Films, 519(21), 7444–7448 (2011). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2010.12.203
L. Kranz, et al., “Doping of polycrystalline CdTe for high-efficiency solar cells on flexible metal foil,” Nat. Commun. 4, 2306 (2013). https://doi.org/10.1038/ncomms3306
D. Mora-Herrera, and M. Pal, “Effect of Ge content on diode parameters of superstrate type Cu₂ZnSn₁₋ₓGeₓS₄/CdS heterostructures prepared by all-solution process,” J. Mater. Sci. 59, 2416–2436 (2024). https://doi.org/10.1007/s10853-024-09352-7
A. Pandey, S. Dalal, S. Dutta, and A. Dixit, “Structural characterization of polycrystalline thin films by X-ray diffraction techniques,” J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 32(2), 1341–1368 (2021). https://doi.org/10.1007/s10854-020-04998-w
P.R. Jubu, O.S. Obaseki, A. Nathan-Abutu, F.K. Yam, Y, Yusof, M.B. Ochang, et al., “Dispensability of the conventional Tauc's plot for accurate bandgap determination from UV–Vis optical diffuse reflectance data,” Results in Optics, 9, 100273 (2022). https://doi.org/10.1016/j.rio.2022.100273
P. Scherrer, “Bestimmung der Grösse und der inneren Struktur von Kolloidteilchen mittels Röntgenstrahlen,” Nachr. Ges. Wiss. Göttingen, 26, 98–100 (1918).
Авторське право (c) 2026 Баходір Б. Ахмедов, Тохірбек І. Рахмонов, Мехріддін Ф. Ахмаджонов, Шерзод Ш. Абдуллаєв, Іхтійор М. Турсунов, Фахріддін Т. Юсупов
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).
