Study of the Structural and Optical Properties of Dy Doped CdS Thin Films Deposited by Close-spaced Vacuum Sublimation

Abstract

In this work we deposited CdS:Dy thin films using a close-spaced vacuum sublimation method at different temperatures (Ts) of the glass substrate. The XRD analysis reveals that the obtained films only correspond to a single wurtzite phase. The microstress level in Dy doped CdS films decreases compared with undoped films. The results of the pole density calculations show that at Ts  (573-673) K the [002] crystallographic direction corresponds to the main axial growth texture. The intrinsic defects in the investigated films were studied based on the low temperature photoluminescence measurements. It was shown that the CdS:Dy thin films are sufficiently stoichiometric. Analysis of the free exciton reflection spectra indicates that the polarization of the bands corresponds to the optical c-axis perpendicular to the substrate surface. The optical transmittance of CdS:Dy thin films in the range of transparency (600-800 nm) at room temperature exceeded 80 %. Based on the obtained results, it is concluded that the CdS:Dy thin films are excellent crystalline and optical quality and may be increase the efficiency their photovoltaic applications.

В роботі досліджено плівки CdS:Dy, отримані методом вакуумного випаровування в квазізамкненому об'ємі при різних температурах скляних підкладок (Ts). Результати рентгенівського аналізу показали, що отримані плівки є однофазними та мають вюрцитну структуру. Для легованих Dy плівок спостерігався менший рівень мікродеформацій у порівнянні з нелегованими. Результати розрахунку полюсної густини показали, що при Ts  (573-673) K напрям [002] відповідав головній аксіальній текстурі росту. Власні дефекти в досліджуваних плівках були вивчені з використанням методу низькотемпературної фотолюмінесценції. Було показано, що плівки CdS:Dy є досить стехіометричними. Аналіз вільних екситонів на спектрах відбивання світла від плівок свідчить, що поляризація екситону відповідає оптичній осі кристалічної гратки с, перпендикулярній до поверхні підкладки. Оптичне пропускання плівок CdS:Dy в хвильовому діапазоні (600-800 нм) при кімнатній температурі перевищує 80 %. На основі отриманих результатів, було зроблено висновок, що плівки CdS:Dy мають покращені властивості (високу кристалічну та оптичну якість), що може підвищити ефективність фотоперетворювачів світла при їх використанні в фотовольтаїці.