Спосіб одержання плівок меркурію сульфіду

Реферат: Спосіб одержання плівок меркурію сульфіду шляхом хімічного осадження на підкладку в об'ємі робочого розчину, який містить сіль меркурію, тіосечовину та тринатрію цитрат. При цьому робочий розчин вибирають з таким молярним співвідношенням компонентів: сіль меркурію:тіосечовина:тринатрію цитрат - 1:(1-5):(0,04-2). UA 102713 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ ПЛІВОК МЕРКУРІЮ СУЛЬФІДУ UA 102713 U UA 102713 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до неорганічної хімії, зокрема одержання плівок меркурію сульфіду (HgS), і може бути використана для виробництва тонкоплівкових шарів сонячних елементів та оптичних електронних пристроїв. Відомий спосіб одержання плівок меркурію сульфіду, при якому здійснюють хімічне осадження НgS на підкладку в об'ємі робочого розчину, що містить сіль (CH3COOH)2Hg, тіосечовину, як джерело іонів сульфуру та основний комплексоутворювач. При цьому використовують додаткові комплексоутворювачі триетаноламін і амонію гідроксид. Хімічне осадження HgS в об'ємі відбувається при постійному перемішуванні протягом 4 год. [R.S. Patil, Г.P. Gujar, CD. Lokhande, R.S. Mane, Sung-Hwan Han. Photoelectrochemical studies of chemically deposited nanocrystalline p-type HgS thin films // Solar Energy (2007). - Vol. 81, pp. 648-652]. Але використання додаткових аміачних комплексоутворювачів спричиняє·одержання плівок меркурію сульфіду з нерівномірним розподілом HgS на поверхні підкладки, неоднаковою шорсткістю, товщиною. Крім цього, вони є нестехіометричними (Hg:S=37:63). Час осадження - 4 години. Швидкість утворення HgS є неоднаковою для всього процесу осадження через різні стійкості комплексоутворювачів. При цьому утворюється значна кількість відходів, які через токсичність меркурію можуть завдати шкоду навколишньому середовищу. В основу корисної моделі поставлено задачу створити такий спосіб отримання плівок меркурію сульфіду, в якому здійснення хімічного осадження без використання додаткових аміачних комплексоутворювачів за нового співвідношення компонентів дозволило б зменшити утворення органічних домішок, забезпечило б зменшення тривалості процесу, рівномірність розподілу HgS на поверхні, відсутність тріщин, однакову шорсткість і товщину, зменшення кількості відходів та стехіометричність одержаних плівок. Поставлена задача вирішується тим, що здійснюють хімічне осадження на підкладку в об'ємі робочого розчину, який містить сіль меркурію, тіосечовину та тринатрію цитрат, згідно з корисною моделлю, робочий розчин вибирають з таким молярним співвідношенням компонентів: сіль меркурію: тіосечовина: тринатрію цитрат - 1:(1-5):(0,04-2). Це забезпечує зменшення часу осадження плівок HgS, рівномірність та однорідність розподілу HgS на поверхні підкладки. Плівки є стехіометричними з однаковою шорсткістю. На плівках HgS відсутні тріщини, органічні домішки. Цим способом можна одержати плівки HgS, які за структурними, оптичними та електричними параметрами є кращі за плівки, отримані способом-прототипом. При цьому зменшується кількість відходів, забезпечується однорідність та стехіометричність отриманих плівок, знижується тривалість процесу без використання додаткових аміачних комплексоутворювачів, що зменшує енергоємність, дає можливість спростити і здешевити технологію процесу осадження. Спосіб одержання плівок меркурію сульфіду здійснюють так. В об'ємі робочого розчину, який містить сіль меркурію, тіосечовину та тринатрію цитрат з таким молярним співвідношенням компонентів: сіль меркурію: тіосечовина: тринатрію цитрат - 1:(1-5):(0,04-2) здійснюють хімічне осадження зануренням підкладок в робочий розчин для одержання на них плівок меркурію сульфіду. Для одержання плівок HgS були використані свіжоприготовлені розчини 0,01 Μ солі Hg(NO3)2 або (CH3COOH)2Hg, 1,0 Μ тіосечовини та 0,5 Μ тринатрію цитрату. Плівки HgS осаджували на підготовлені однорідні скляні підкладки. Підкладки попередньо очищали хромовою сумішшю для видалення домішок, адсорбованих на поверхні, і промивали дистильованою водою та поміщали у ванну, де змішували розчини меркурійвмісної солі, тринатрію цитрату, тіосечовини і дистильовану воду. Молярні співвідношення компонентів в розчині солі меркурію, тринатрію цитрату, тіосечовини становили, відповідно, 1:(1-5):(0,04-2). Тривалість осадження становила 2-10 хв. при температурі 80-90 °C. Після осадження підкладки з плівкою виймали, промивали поверхню струменем дистильованої води і сушили на повітрі. Приклад 1. Плівки HgS одержували змішуванням розчинів солі меркурію (Hg(NO3)2), тіосечовини та тринатрію цитрату з молярними співвідношеннями, відповідно 1:3:1. при температурі 80 °C. Час осадження 10 хв. Визначали елементний склад і однорідність складу плівки HgS за допомогою атомносилового мікроскопа (PЕM-106И, "Селмі") (фіг. 1). Встановили, що отримані плівки HgS були характерного для меркурій сульфіду коричневого кольору, суцільними, повністю покривали поверхню підкладки і мали малу кількість поверхневих дефектів. Співвідношення атомів Hg і атомів S у плівках є стехіометричним. Досліджували кристалічну структуру отриманої плівки з використанням дифрактометра ДРОН-3.0 (СuK  -випромінювання). На фіг. 2 представлена дифрактограма плівки HgS. При її аналізі встановлено, що плівка має гексагональну 1 UA 102713 U 5 10 15 20 25 модифікацію сполуки HgS (Просторова група Р3121; Символ Пірсона hР6; а=0,41523(4) нм, с=0,94813(12) нм). Приклад 2. Осадження плівок HgS здійснювали аналогічно, як в прикладі 1. Сіль меркурію (CH3COOH)2Hg, співвідношення -1:5: 0,04, температура 85 °C, час - 10 хв. 2 Спектральні залежності поглинання плівок HgS в координатах (α*hν) , hν (фіг. 3) демонструють наявність краю фундаментального поглинання, локалізованого в області 2,91 еВ, що узгоджується з літературними даними (2,0 3,1 еВ). З використанням атомно-силового мікроскопа (РЕМ-106И, "Селмі") досліджували морфологію поверхні отриманої плівки HgS (фіг. 4). При збільшенні у 3000 разів встановили, що плівка є суцільною, однорідною, повністю покриває підкладку. Виявили, що на поверхні отриманої плівки HgS існує незначна кількість макродефектів, які розташовані невпорядковано. Приклад 3. Осадження плівок HgS здійснювали аналогічно, як в прикладі 1. Сіль меркурію -- (Hg(NO3)2), співвідношення -1:1:2, температура 90 °C, час - 2 хв. З використанням атомно-силового мікроскопа (РЕМ-106И, "Селмі") досліджували морфологію поверхні отриманої плівки HgS (фіг. 5). При збільшенні у 3000 разів встановили, що одержана плівка HgS є суцільною, однорідною, повністю покриває підкладку. На поверхні отриманої плівки HgS існує незначна кількість макродефектів, які розташовані невпорядковано (фіг. 5). Спосіб хімічного осадження в об'ємі робочого розчину ідеально підходить для виготовлення напівпровідникових плівок HgS на великих площах, що є однією із основних вимог для масового використання в сонячних елементах та оптичних електронних пристроях, який дозволяє одержувати плівки HgS з структурними, оптичними та електричними параметрами, необхідними для досягнення високої ефективності перетворення на основі гетеропереходів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 Спосіб одержання плівок меркурію сульфіду, який полягає у тому, що здійснюють хімічне осадження на підкладку в об'ємі робочого розчину, який містить сіль меркурію, тіосечовину та тринатрію цитрат, який відрізняється тим, що робочий розчин вибирають з таким молярним співвідношенням компонентів: сіль меркурію:тіосечовина:тринатрію цитрат - 1:(1-5):(0,04-2). 2 UA 102713 U 3 UA 102713 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4