Безвакуумний дизайн плівок СuGa$_{x}$In$_{1-x}$Se$_{2}$ для застосування в сонячній енергетиці

С. С. Ковачов$^{1}$, К. М. Тиховод$^{1}$, М. В. Каленик$^{2}$, І. Т. Богданов$^{1}$, Я. О. Сичикова$^{1}$

$^{1}$Бердянський державний педагогічний університет, вул. Шмідта, 4, 71100 Бердянськ, Україна
$^{2}$Сумський державний педагогічний університет ім. А.С. Макаренка, вул. Роменська, 87, 40002 Суми, Україна

Отримано: 15.02.2023; остаточний варіант - 28.02.2023. Завантажити: PDF

У роботі повідомляється про безвакуумний метод синтези плівок СuGa$_{x}$In$_{1-x}$Se$_{2}$ для застосувань у сонячній енергетиці. Плівки було сформовано методом пульверизації хлоридів Індію, Ґалію та Купруму з селенистою кислотою. Для оптимізації компонентного складу плівок запропоновано витримувати одержану структуру у розчині хлориду Натрію та проводити додаткову селенізацію поверхні у дифузійній печі. Одержані шари було досліджено за допомогою SEM, EDX, XRD та Raman методів. Встановлено, що плівка представляє собою полікристалічну структуру халькопіриту СuGa$_{0,6}$In$_{0,4}$Se$_{2}$ з аґломератами поруватих кристалітів. Другорядних фаз не було зафіксовано. Запропонований метод не потребує вакууму, є простим і недорогим, що відкриває перспективи використання його у промислових масштабах для синтези плівок СuGa$_{x}$In$_{1-x}$Se$_{2}$.

Ключові слова: пульверизація, халькопірит, тонкі плівки, сонячні батареї, селеніди, мідь.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v45/i05/0593.html

PACS: 61.05.cp, 68.37.Hk, 78.30.-j, 81.15.Cd, 82.80.Pv, 88.40.fh, 88.40.jn


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. F. Proise, F. Pardo, A. L. Joudrier, C. Njel, J. Alvarez, A. Delamarre, and J. L. Pelouard, Simulation, and Photonic Engineering of Photovoltaic Devices III, 8981: 240 (2014).
  2. S. Wang, Z. Zhou, B. Li, C. Wang, and Q. Liu, Mater. Today Nano, 16: 100142 (2021). Crossref
  3. Y. Suchikova, East-Eur. J. Enterp. Technol., 6, No. 5: 26 (2016).
  4. A. Usseinov, Z. Koishybayeva, A. Platonenko, J. Purans, and A. I. Popov, Materials, 14, Iss. 23: 7384 (2021). Crossref
  5. A. Usseinov, Z. Koishybayeva, A. Platonenko, Y. Suchikova, and A. I. Popov, Latvian Journal of Physics and Technical Sciences, 58, Iss. 2: 3 (2021). Crossref
  6. S. Yana, Handbook of Nanoelectrochemistry: Electrochemical Synthesis Methods, Properties, and Characterization Techniques (Springer: 2016), p. 1299.
  7. J. A. Suchikova, V. V. Kidalov, and G. A. Sukach, ECS Transactions, 25, No. 24: 59 (2009). Crossref
  8. T. Hidouri, H. Saidi, S. Nasr, I. Guizani, N. Ameur, F. Saidi, and H. Y. Zahran, J. Electron. Mater., 51: 3521 (2022). Crossref
  9. M. N. Hasan, Y. Zheng, J. Lai, E. Swinnich, O. G. Licata, M. A. Baboli, and J. H. Seo, Adv. Mater. Interfaces, 9, Iss. 13: 2101531 (2022). Crossref
  10. Y. Suchikova, S. Kovachov, A. Lazarenko, and I. Bohdanov, Applied Surface Science Advances, 12: 100327 (2022). Crossref
  11. Y. Suchikova, S. Vambol, V. Vambol, N. Mozaffari, and N. Mozaffari, J. Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 92, Iss. 1–2: 19 (2019). Crossref
  12. A. Mangababu, R. S. P.Goud, C. Byram, J. Rathod, D. Banerjee, V. R. Soma, and S. N. Rao, Appl. Surf. Sci., 589: 152802 (2022). Crossref
  13. Y. A. Suchikova, V. V. Kidalov, and G. A. Sukach, J. Nano- Electron. Phys., 2, No. 4: 75 (2010).
  14. S. O. Vambol, I. T. Bohdanov, V. V. Vambol, T. P. Nestorenko, and S. V. Onyschenko, J. Nano- Electron. Phys., 9, No. 6: 06016 (2017). Crossref
  15. V. J. Gómez, M. Marnauza, K. A.Dick, and S. Lehmann, Nanoscale Adv., 4: 3330 (2022). Crossref
  16. M. Niu, K. Sui, X. Wu, D. Cao, and C. Liu, Adv. Compos. Hybrid Mater., 5: 450 (2022). Crossref
  17. Y. Suchikova, S. Kovachov, and I. Bohdanov, Nanomater. Nanotechnol., No. 12 (2022). Crossref
  18. H. Ren, M. Wang, Z. Li, F. Laffir, G. Brennan, Y. Sun, and K. M. Ryan, Chem. Mater., 31, No. 24: 10085 (2019). Crossref
  19. J. Du, R. Singh, I. Fedin, A. S. Fuhr, and V. I. Klimov, Nat. Energy, 55: 409 (2020).
  20. R. Carron, S. Nishiwaki, T. Feurer, R. Hertwig, E. Avancini, J. Löckinger, and A. N. Tiwari, Adv. Energy Mater., 9, Iss. 24: 1900408 (2019). Crossref
  21. G. Birant, J. de Wild, M. Meuris, J. Poortmans, and B. Vermang, Appl. Sci., 9: 677 (2019). Crossref
  22. Q. Han, Y. T. Hsieh, L. Meng, J. L. Wu, P. Sun, E. P. Yao, and Y. Yang, Science, 361: 904 (2018). Crossref
  23. M. Jošt, T. Bertram, D. Koushik, J. A. Marquez, M. A. Verheijen, M. D. Heinemann, and S. Albrecht, ACS Energy Lett., 4, No. 2: 583 (2019). Crossref
  24. Y. Zhao, S. Yuan, Q. Chang, Z. Zhou, D. Kou, W. Zhou, and S. Wu, Adv. Funct. Mater., 31, No. 10: 2007928 (2021). Crossref
  25. Y. H. Chang, R. Carron, M. Ochoa, A. N. Tiwari, J. R. Durrant, and L. Steier, Adv. Funct. Mater., 31, Iss. 40: 2103663 (2021). Crossref
  26. L. Miaomiao, C. Fanggao, L. Chao, X. Cunjun, W. Tianxing, and W. Jihao, Procedia Eng., 27: 12 (2012).
  27. J. Lindahl, U. Zimmermann, and P. Szaniawski, IEEE Journal of Photovoltaics, 3, Iss. 3:1100 (2013). Crossref
  28. M. Venkatachalam, M. D. Kannan, S. Jayakumar, R. Balasundaraprabhu, and N. Muthukumarasamy, Thin Solid Films, 516, Iss. 20: 6848 (2008). Crossref
  29. Y. Zhao, H. Li, and Y. Zhu, Nanoscale Res. Lett., 9: 650 (2014). Crossref
  30. Y. Suchikova, A. Lazarenko, S. Kovachov, Z. Karipbaev, and A. I. Popov, TCSET 2022, 410 (2022).
  31. M. Sathya, G. Selvan, M. Karunakaran, K. Kasirajan, S. Usha, M. Logitha, and P. Baskaran, Eur. Phys. J. Plus, 138, Article number 67 (2023). Crossref
  32. Q. Cui, X. Gu, Y. Zhao, K. Qi, and Y. Yan, J. Taiwan Inst. Chem. Eng., 142: 104679 (2023). Crossref
  33. R. G. Poeira, A. Pérez-Rodríguez, A. J. Prot, M. Alves, P. J. Dale, and S. Sadewasser, Mater. Des., 225 (2023). Crossref
  34. R. Fukuda, T. Nishimura, and A. Yamada, Prog. Photovoltaics, 31, Iss. 7: 678 (2023). Crossref
  35. X. Jin, R. Schneider, E. Müller, M. Falke, R. Terborg, D. Hariskos, and D. Gerthsen, Microsc. Microanal., 29, Iss. 1: 69 (2023). Crossref
  36. T. Hölscher, M. Placidi, I. Becerril-Romero, R. Fonoll-Rubio, V. Izquierdo-Roca, A. Thomere, and A. Pérez-Rodríguez, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 251: 112169 (2023). Crossref
  37. V. Bhatt, S. T. Kim, M. Kumar, H. J. Jeong, J. Kim, J. H. Jang, and J. H. Yun, Thin Solid Films, 767: 139673 (2023). Crossref
  38. S. Cheng, K. Zhang, J. Chen, S. Lin, Y. Yao, Y. Sun, and W. Liu, Appl. Surf. Sci., 616: 156555 (2023). Crossref
  39. W. Septina, Y. Kawasaki, T. Harada, and S. Ikeda, J. Cryst. Growth, 602: 126975 (2023). Crossref
  40. C. Rincon and F. J. Ramirez, J. Appl. Phys., 72, Iss. 9: 4321 (1992).
  41. J. P. Van der Ziel, A. E.Meixner, H. M. Kasper, and J. A. Ditzenberger, Phys. Rev. B, 9: 4286 (1974).
  42. S. Roy, P. Guha, S. N. Kundu, H. Hanzawa, S. Chaudhuri, and A. K. Pal, Mater. Chem. Phys., 73, Iss. 1: 24 (2002). Crossref
  43. I. V. Bodnar, A. G. Karoza, and G. F. Smirnova, Phys. Status Solidi (b), 84, Iss. 1: k65 (1977). Crossref
  44. G. D. Holah, A. A. Schenk, S. Perkowitz, and R. D. Tomlinson, Phys. Rev. B, 23, Iss. 12: 6288 (1981). Crossref
  45. N. J. Ianno, R. J. Soukup, T. Santero, C. Kamler, J. Huguenin-Love, S. A. Darveau, and C. L. Exstrom, MRS Online Proceedings Library, 1012: 321 (2007). Crossref
  46. A. Tverjanovich, S. Bereznev, A. Gertsin, G. Muradova, A. Shoka, D. Kim, and J. Tveryanovich, Mater. Sci. Appl. Chem., 21 (2010).
  47. T. Schmid, N. Schäfer, S. Levcenko, T. Rissom, and D. Abou-Ras, Sci. Rep., 5: 18410 (2015). Crossref
  48. M. Ould Salem, R. Fonoll, S. Giraldo, Y. Sanchez, M. Placidi, V. Izquierdo-Roca, and Z. Jehl Li-Kao, Solar RRL, 4, Iss. 11: 2000284 (2020). Crossref
  49. M. Wang, M. Hossain, and K. L. Choy, Sci. Rep., 7: 6788 (2017). Crossref
  50. J. Luo, L. Tang, S. Wang, H. Yan, W. Wang, Z. Chi, and X. Xiao, Chem. Eng. J., 455: 140960 (2023). Crossref
  51. S. Cheng, K. Zhang, J. Chen, S. Lin, Y. Yao, Y. Sun, and W. Liu, Appl. Surf. Sci., 616: 156555 (2023). Crossref