Створення та оптимізація властивостей фоточутливих елементів на основі плівок сульфідів (оксидів) олова та цинку (SnS2/SnS, ZnO(S)/SnS)

Abstract

В результаті проведених досліджень отримані наступні результати: Методом термічного вакуумного випаровування у КЗО були отримані однофазні плівки SnS2 які мають гексагональну кристалічну структуру з шириною забороненої зони 2,40 та 2,69 еВ для прямих та непрямих переходів, відповідно. Хімічний склад отриманих плівок був типовим для сполуки SnS2 та складав Sn:S=0.49. Встановлено, що термічний відпал у вакуумі плівок SnS2 при 500 0С протягом 90 хв приводить до зменшення концентрації сірки у шарах та забезпечує термічно-індукований фазовий перехід SnS2  SnS. В той час як менша температура та час відпалу приводить до змішаного фазового складу (SnS, SnS2 та Sn2S3) плівок. Трансформована плівка SnS мала однофазну гексагональну кристалічну структуру з високим коефіцієнтом поглинання 104-105 см-1 у видимому діапазоні. Ширина забороненої зони складала 1,33 та 1,49 еВ для прямих та не прямих переходів, відповідно. Форма та розмір кристалітів після відпалу не змінились, однак внаслідок випаровування сірки була утворена пориста структура. Хімічний склад трансформованої плівки був такий Sn:S=0.96. Значення питомого опору складало 105 Ом∙см. Була створена гетероперехідна фоточутлива структура ITO/CdS/SnS/Sn на основі трансформованої плівки SnS з параметрами: Uoc=0,35 В, Isc=34мкА та FF=0,42. Показано, що лазерне опромінення плівок SnS2 забезпечує випаровування сірки та фазовий перехід до фаз SnS та Sn2S3. Розподіл фаз за глибиною в опромінених зразках сильно залежить від інтенсивності лазерного випромінювання. Встановлено, що опромінення зразків лазером з інтенсивністю I1=8,5 МВт/см2 приводить до утворення на поверхні шару SnS. В результаті утворюється двошарова структура SnS/SnS2. Опромінені плівки містять невелику кількість фази Sn2S3. Застосування більш інтенсивного опромінення з інтенсивністю I2=11,5 МВт/см2 приводить до змін хімічного складу всієї плівки та утворення змішаного фазового шару з переважанням фази SnS над фазами SnS2 та Sn2S3. Чітко виражений фазовий поділ (тобто багатошарова структура) при цьому не спостерігається. Встановлено, що лазерне опромінення може бути ефективно використане для модифікації хімічного та фазового складу тонких плівок SnxSy. Це відкриває нові можливості для створення оптоелектронних пристроїв на базі плівок SnxSy. Згладжування поверхні плівки, що спостерігається під час її опромінення, може призвести до збільшення площі контакту між шарами та зменшення рекомбінації на межах зерен. Можливість утворення гетеропереходу n-SnS2/p-SnS за допомогою лазерного опромінення тонкої плівки SnS2 вимагає додаткового детального експериментального дослідження. Проте попередні результати, є перспективними, оскільки спостерігається діодна поведінка ВАХ опромінених зразків. Подальше покращення продуктивності гетеропереходів n-SnS2/p-SnS, утворених лазерним опроміненням, можна досягти шляхом оптимізації товщини вихідної плівки SnS2 та умов лазерного відпалу [90]. Також в процесі досліджень вивчено структуру, фазовий склад та електрофізичні властивості шарів у фоточутливому гетеропереході n-CdS/p-SnS, отриманому методом термічного вакуумного випаровування у КЗО. Встановлено, що темнові ВАХ гетеропереходу n-CdS/p-SnS мають типовий діодний характер з коефіцієнтом випрямлення струму 200 при напрузі 0,5 В. При освітленні гетероструктура показує фотоелектричний ефект. Відповідний СЕ мав наступні характеристики Voc=0.058 В, Jsc=3.38 мA/cм2, FF=0.41 та ƞ=0.095 %.