Морфологія і оптичні властивості тонких плівок CdS, отриманих методом фізичного вакуумного осадження

Автор(и)

  • І.В. Вакалюк Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
  • Р.С. Яворський Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
  • Л.І. Никируй Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
  • Б.П. Найдич Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
  • Я.С. Яворський Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.23.4.669-677

Ключові слова:

CdS, PVD, коефіцієнт поглинання, спектри оптичного пропускання, спектри оптичного відбиття, оптична ширина забороненої зони

Анотація

Досліджено оптичні властивості тонких плівок сульфіду кадмію, отриманих термічним випаровуванням у вакуумі. Використовували стехіометричні склади бінарної сполуки, попередньо синтезовані з високочистих порошків вихідних компонентів. Плівки різної товщини, нанесені на скляну підкладку, досліджували за допомогою скануючої електронної мікроскопії та визначали коефіцієнт поглинання методом Свейнпола. Встановлено, що зі збільшенням товщини плівки поверхневі утворення зменшуються і при товщині 1 мкм поверхня плівки є суцільною. Визначено, що тонкі плівки сульфіду кадмію мають оптимальні оптичні параметри для використання їх як буферний шар фотоелектричних пристроїв. Усі отримані плівки, крім плівки товщиною 1215 нм, демонструють звичайну інтерференційну картину в спектрах відбиття.

Посилання

A.S. Lahewil, Y. Al-Douri, U. Hashim, N.M. Ahmed, Structural and optical investigations of cadmium sulfide nanostructures for optoelectronic applications, Solar Energy, 86(11), 3234 (2012); https://doi.org/10.1016/j.solener.2012.08.013.

N. Amin, K. Sopian, M. Konagai, Numerical modeling of CdS/CdTe and CdS/CdTe/ZnTe solar cells as a function of CdTe thickness, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 91(13), 1202 (2007); https://doi.org/10.1016/j.solmat.2007.04.006.

Wisz, G., et al. TiO2/Cu2O heterojunctions for photovoltaic cells application produced by reactive magnetron sputtering, Materials Today: Proceedings, 35, 552-557, (2021); https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.10.054.

T.L. Chu, S.S. Chu, Thin film II–VI photovoltaics, Solid-State Electronics, 38(3), 533 (1995); https://doi.org/10.1016/0038-1101(94)00203-R.

O. Vigil, I. Riech, M. Garcia-Rocha, & O. Zelaya-Angel, Characterization of defect levels in chemically deposited CdS films in the cubic-to-hexagonal phase transition, Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films, 15(4), 2282 (1997); https://doi.org/10.1116/1.580735.

A. Bosio, G. Rosa, N. Romeo, Past, present and future of the thin film CdTe/CdS solar cells, Solar Energy, 175, 31 (2018); https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.01.018.

N. Akcay, E.P. Zaretskaya, Süleyman Ozcelik, Development of a CZTS solar cell with CdS buffer layer deposited by RF magnetron sputtering, Journal of Alloys and Compounds, 772, 782 (2019); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.09.126.

N.K. Das, et al., Effect of substrate temperature on the properties of RF sputtered CdS thin films for solar cell applications, Results in Physics, 1, 103132 (2020); https://doi.org/10.1016/j.rinp.2020.103132.

G. Balaji, et al., Investigations on Hot-wall deposited Cadmium Sulphide buffer layer for thin film solar cell, Materials Letters, 22, 82 (2018); https://doi.org/10.1016/j.matlet.2018.03.185.

A. Abbas, et al. Structural and chemical evolution of the CdS: O window layer during individual CdTe solar cell processing steps, Solar Energy, 159, 940 (2018); https://doi.org/10.1016/j.solener.2017.11.051.

M.S. Kale, K.N. Bagad, S.P. Pathak, D.S. Bhavsar, Growth and Characterizations of CdS Thin Films Grown by Thermal Evaporation Technique, Int. J. Res. Sci. Innov., 3(7), 84 (2016).

A.S. Hassanien, Studies on dielectric properties, opto-electrical parameters and electronic polarizability of thermally evaporated amorphous Cd50S50-xSex thin films, Journal of Alloys and Compounds, 671, 566 (2016); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.02.126.

F. Lisco et al., The structural properties of CdS deposited by chemical bath deposition and pulsed direct current magnetron sputtering, Thin solid films, 582, 323 (2015); https://doi.org/10.1016/j.tsf.2014.11.062.

O. Okorie, A.D.A. Buba, A.M. Ramalan, Optical and dielectric properties of cadmium sulphide thin film grown using chemical bath deposition technique, IOSR J. Appl. Phys., 9, 82 (2017); https://doi.org/10.9790/4861-0905018289.

A.J. Khimani, S.H. Chaki, T.J. Malek, J.P. Tailor, S.M. Chauhan, M.P. Deshpande, Cadmium sulphide (CdS) thin films deposited by chemical bath deposition (CBD) and dip coating techniques—a comparative study, Materials Research Express, 5(3), 036406 (2018); https://doi.org/10.1088/2053-1591/aab28d.

F. Lisco, P.M. Kaminski, A. Abbas, J.W. Bowers, G. Claudio, M. Losurdo, J.M. Walls, High rate deposition of thin film cadmium sulphide by pulsed direct current magnetron sputtering, Thin Solid Films, 574, 43 (2015); https://doi.org/10.1016/j.tsf.2014.11.065.

F. Carla, F. Loglio, A. Resta, R. Felici, E. Lastraioli, M. Innocenti, M.L. Foresti, Electrochemical atomic layer deposition of CdS on Ag single crystals: Effects of substrate orientation on film structure, The Journal of Physical Chemistry C, 118(12), 6132 (2014); https://doi.org/10.1021/jp405637g.

S. Chaudhuri, J. Bhattacharyya, D. De, A.K. Pal, Characterization of CdS film prepared by hot wall technique, Solar energy materials, 10(2), 223 (1984); https://doi.org/10.1016/0165-1633(84)90062-5.

Petrus, R., Ilchuk, H., Kashuba, A., Semkiv, I., Zmiiovska, E., Honchar, F., & Lys, R. Surface-barrier Structures Au/n-CdS: Fabrication and Electrophysical Properties, Journal of nano- and electronic physics, 11(3), 03020 (2019); https://doi.org/110.21272/jnep.11(3).03020.

S.A. Al Kuhaimi, Influence of preparation technique on the structural, optical and electrical properties of polycrystalline CdS films, Vacuum, 51(3), 349 (1998); https://doi.org/10.1016/S0042-207X(98)00112-2.

R. Banerjee, R. Jayakrishnan, P. Ayyub, Effect of the size-induced structural transformation on the bandgap in CdS nanoparticles, Journal of Physics: Condensed Matter, 12(50), 10647 (2000); https://doi.org/10.1088/0953-8984/12/50/325.

J.P. Enrı́quez, X. Mathew, The effect of annealing on the structure of CdTe films electro-deposited on metallic substrates, Journal of crystal growth, 259(3), 215 (2003); https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2003.07.001.

P.K. Kumarasinghe, A. Dissanayake, B.M. Pemasiri, B.S. Dassanayake, Effect of post deposition heat treatment on microstructure parameters, optical constants and composition of thermally evaporated CdTe thin films, Materials Science in Semiconductor Processing, 58, 51 (2017); https://doi.org/10.1016/j.mssp.2016.11.028.

J.A. Thornton, D.W. Hoffman, Stress-related effects in thin films, Thin solid films, 171(1), 5 (1989); https://doi.org/10.1016/0040-6090(89)90030-8.

W. Mahmood, et al. Optical and electrical studies of CdS thin films with thickness variation, Optik, 158, 1558 (2018); https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2018.01.045.

R.Yu. Petrus, et al., Optical properties of CdS thin films, Journal of Applied Spectroscopy, 87(1), 35 (2020); https://doi.org/10.1007/s10812-020-00959-7.

P.P. Sahay, R.K. Nath, S. Tewari, Optical properties of thermally evaporated CdS thin films, Crystal Research and Technology, Journal of Experimental and Industrial Crystallography, 42(3), 275 (2007); https://doi.org/10.1002/crat.200610812.

J. Tauc (ed) Amorphous and liquid semiconductors. (Springer, Berlin, 2012).

J.B. Coulter, D.P. Birnie III, Assessing Tauc plot slope quantification: ZnO thin films as a model system, Physica status solidi (b), 255(3), 1700393 (2018); https://doi.org/10.1002/pssb.201700393.

S.J. Ikhmayies, R.N. Ahmad-Bitar, A study of the optical bandgap energy and Urbach tail of spray-deposited CdS: In thin films, Journal of Materials Research and Technology, 2(3), 221 (2013); https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2013.02.012.

P.S. Suryavanshi, C.J. Panchal, Investigation of Urbach energy of CdS thin films as buffer layer for CIGS thin film solar cell, Journal of nano- and electronic physics, 10(2), 02012 (2018); http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/68691.

B. Choudhury, A. Choudhury, Oxygen defect dependent variation of bandgap, Urbach energy and luminescence property of anatase, anatase–rutile mixed phase and of rutile phases of TiO2 nanoparticles, Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures, 56, 364 (2014); https://doi.org/10.1016/j.physe.2013.10.014.

A.S. Hassanien, A.A. Akl, Optical characterizations and refractive index dispersion parameters of annealed TiO2 thin films synthesized by RF-sputtering technique at different flow rates of the reactive oxygen gas, Physica B: Condensed Matter, 576, 411718 (2020); https://doi.org/10.1016/j.physb.2019.411718.

A. Mukherjee, M.R. Das, A. Banerjee, P. Mitra, Influence of nickel incorporation in CdS: Structural and electrical studies, Thin Solid Films, 704, 138005 (2020); https://doi.org/10.1016/j.tsf.2020.138005.

J.C. Manifacier et al., Optical and electrical properties of SnO2 thin films in relation to their stoichiometric deviation and their crystalline structure, Thin solid films, 41 (2), 127 (1977); https://doi.org/10.1016/0040-6090(77)90395-9.

E. Akbarnejad, M. Ghoranneviss, S. Mohajerzadeh et al., Optical absorption enhancement of CdTe nanostructures by low-energy nitrogen ion bombardment. J Phys D Appl Phys. 49, 075301 (2016); https://doi.org/10.1088/0022-3727/49/7/075301.

M.A. Islam, et al., Comparison of structural and optical properties of CdS thin films grown by CSVT, CBD and sputtering techniques. Energy Proceedings 33, 203 (2013); https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.05.059.

S. Butt, N.A. Shah, A. Nazir, Z. Ali, A. Maqsood, Influence of film thickness and In-doping on physical properties of CdS thin films. Journal of alloys and compounds 587, 582 (2014); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.10.221.

Z. Zapukhlyak, et al. SCAPS simulation of ZnO/CdS/CdTe/CuO heterostructure for photovoltaic application, Physics and Chemistry of Solid State 21(4), 660-668 (2020); https://doi.org/10.15330/pcss.21.4.660-668.

E. Shaaban, I. Yahia, E. El-Metwally, Validity of Swanepoel's method for calculating the optical constants of thick films. Acta physica polonica a 121(3), 628 (2012); https://doi.org/10.12693/APhysPolA.121.628.

R. Swanepoel, Determination of the thickness and optical constants of amorphous silicon. Journal of Physics E: Scientific Instruments 16(12), 1214 (1983); https://doi.org/10.1088/0022-3735/16/12/023.

R. Yavorskyi, L. Nykyruy, G. Wisz, P. Potera, S. Adamiak, S. Górny, Structural and optical properties of cadmium telluride obtained by physical vapor deposition technique. Applied Nanoscience 9(5), 715 (2019); https://doi.org/10.1007/s13204-018-0872-z.

L. Nykyrui, Y. Saliy, R. Yavorskyi, Y. Yavorskyi, V. Schenderovsky, G. Wisz, & S. Górny, CdTe vapor phase condensates on (100) Si and glass for solar cells, In 2017 IEEE 7th International Conference Nanomaterials: Application & Properties (NAP) (pp. 01PCSI26-1), IEEE (2017); https://doi.org/10.1109/NAP.2017.8190161.

R. Yavorskyi, Features of optical properties of high stable CdTe photovoltaic absorber layer, Physics and Chemistry of Solid State, 21(2), 243-253 (2020); https://doi.org/10.15330/pcss.21.2.243-253.

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-12-15

Як цитувати

Вакалюк, І., Яворський, Р., Никируй, Л., Найдич, Б., & Яворський, Я. (2022). Морфологія і оптичні властивості тонких плівок CdS, отриманих методом фізичного вакуумного осадження. Фізика і хімія твердого тіла, 23(4), 669–677. https://doi.org/10.15330/pcss.23.4.669-677

Номер

Розділ

Фізико-математичні науки

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають

<< < 1 2