Спосіб отримання плівок zno:al на поруватих підкладках cdte

Реферат: Спосіб отримання плівки ZnO:Al на поруватих підкладках CdTe, за яким дана плівка отримана методом золь-гель з наступним центрифугуванням на поверхні поруватих зразків CdTe, отриманих методом електрохімічного травлення. Як легуючий реактив використовують хлорид алюмінію АlСl3·6Н2О. UA 120280 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ ПЛІВОК ZnO:Al НА ПОРУВАТИХ ПІДКЛАДКАХ CdTe UA 120280 U UA 120280 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів отримання плівок ZnO, легованих Аl, на поруватій поверхні CdTe методом золь-гель з наступним центрифугуванням. Дані структури можуть знайти застосування в сонячній енергетиці (ZnO виконує функцію "вікна", крізь яке випромінювання вводиться в фотоелектрично активний поглинаючий шар CdTe, таким чином збільшуючи як основні параметри сонячних елементів так і їх екологічність), опто- та акустоелектроніці. В роботі [Залесский В.Б. Получение тонких пленок оксида цинка методом реактивного магнетронного распыления и исследование их электрических и оптических характеристик / В.Б. Залесский, Т.Р. Леонова, О.В. Гончарова, И.А. Викторов, В.Ф. Гременок, Е.П. Зарецкая // Фізика і хімія твердого тіла, 2005. - Т. 6, № 1. - С. 44-49] вивчено умови формування методами реактивного магнетронного розпилення високо прозорих спеціально нелегованих високо- та низькоомних плівок ZnO для сонячних елементів. Розглянуто технологію отримання нелегованих кристалічних плівок оксиду цинку, що забезпечує можливість зміни їх електричного -4 7 опору в межах ρ=3×10 -1×10 Ом•см. Автори роботи [Алексанян А.Ю. Получение диодных гетероструктур p-Si/n-ZnO и исследование их вольтамперных характеристик / А.Ю. Алексанян, В.А. Геворкян, М.А. Казарян // Альтернативная энергетика и экология, 2013. - № 06 (128). - С. 23-27] розглядають методику формування діодних гетероструктур p-Si/n-ZnO шляхом осадження на монокристалічну кремнієву підкладку плівки ZnO, легованої алюмінієм. Для осадження плівок ZnO застосовували методи золь-гелю і спрей-піролізу. Найбільш близьким технічним рішенням (найближчим аналогом) є [Захвалинский В.С. Исследование свойств тонких пленок ZnO, выращенных на подложках пористого Si / В.С. Захвалинский, Л.В. Борисенко, А.Н. Хмара, Д.А. Колесников, Е.А. Пилюк // Вестник ТГУ, 2015. Т. 20, вып. 1. - С. 102-104]. На отриманих методом анодування в розчині підкладках поруватого кремнію, методом багаторазового центрифугування, розкладення, сушки та відпалу зразків були отримані плівки ZnO. Технологія отримання плівок була заснована на багаторазовому нанесенні шарів розчинів ацетату цинку Zn(CH3COO)2·12H2O в ізопропіловому спирті і моноетаноламіні та їх термічному розкладанні. Однак гетероструктури ZnO:Al/porous-CdTe/CdTe можуть стати більш вигідними для виготовлення сонячних елементів на їх основі. В основу корисної моделі поставлено задачу впровадження технології отримання тонких плівок ZnO легованих алюмінієм на поверхні porous CdTe методом золь-гель з наступним центрифугуванням. Як підкладки для вирощування плівки ZnO використовувалися пластини нанопоруватого телуриду кадмію, виготовлені за стандартною технологією методом електрохімічного травлення. На Фіг. 1 наведено СЕМ-мікрофотографію поперечного перерізу поруватого CdTe, отриману за допомогою скануючого електронного мікроскопа JSM-6490. Діаметр пор варіює в межах 0,2-2 мкм. Плівкоутворюючий розчин було виготовлено наступним чином. Розчин 0,3 М ацетату цинку Zn(CH3COO)2·12H2O заливали абсолютним ізопропіловим спиртом (С 3Н8О), деметилформамідом (CH3)2NCH, 2-метоксіетанолом С3Н8О2 і перемішували. Щоб змістити положення максимуму фоточутливості в область більших енергій, в процесі осадження плівки ZnO легували Аl (зсув Бурштейна-Мосса). Як легуючий реактив використовувався хлорид алюмінію АІСІ3·6Н2О. Потім розчин поміщали в ультразвукову ванну. Отриману суміш перемішували 30 хвилин. Для дозрівання розчину його витримували за температури навколишнього середовища (22±2)°С 2-3 дні. З метою прискорення процесу розділу фаз розчин було осаджено на поруваті підкладки CdTe методом центрифугування (spin-coating) покриття (3000 обертів за хвилину, 30 секунд). Після нанесення золю на поверхню пластини, вони були поміщені в пічку, де були нагріті 10 хвилин покроково з інтервалом 20 °C до температури 350 °C. Процес нанесення і сушки повторювався до отримання необхідної товщини. На останній стадії підкладки поміщали в пічку і нагрівали покроково з інтервалом 20 °C до 550 °C Виведення розчинника, що залишається, з поверхні відбувався в процесі сушки, який супроводжується значною усадкою й ущільненням плівки. Мікроструктура кінцевого компонента, в результаті сушки, піддається значним змінам. Термічна обробка була проведена для забезпечення наступної поліконденсації і покращення механічних властивостей і структурної стійкості плівки, шляхом запечення, ущільнення і росту зерен. Отримані плівки ZnO:Al володіли високою адгезією до підкладки поруватого телуриду кадмію і не відшаровуються при нагріванні більш як 550 °C. На Фіг. 2 зображено СЕМ-мікрофотографію поверхні плівки ZnO:Al. 1 UA 120280 U 5 10 15 20 25 30 З проведених експериментів видно, що ріст суцільної плівки стає можливим, якщо на початку епітаксії має місце заростання як дрібного рельєфу, так і глибоких вхідних отворів пор. Плівкоутворюючий розчин проникає в пори за рахунок капілярного ефекту. Пори в підкладці CdTe (100), заповнені оксидом цинку. На Фіг. 3 дані демонструють наявність атомів Zn, О в отриманих структурах. Також присутні й елементи легованої домішки Аl та елементи підкладки Cd і Те. Окрім основних з'єднань на поверхні присутні й інші хімічні елементи в незначній кількості. Джерелом вуглецю та азоту можуть бути проміжні сполуки, які виникають в ході хімічної реакції при виготовленні золю. Дослідження елементного складу плівок ZnO:Al показало, що вміст алюмінію в цих шарах складає в середньому 2,4 %. Товщина утворених плівок складає близько 1 мкм. Фазовий аналіз отриманих гетероструктур ZnO:Al/porous-CdTe/p-CdTe визначався за допомогою рентгенівської установки ДРОН-3М (СuКα випромінювання, λ=1,5405 Å) з графітовим монохроматором у діапазоні 20=10-70°. Результати досліджень дали можливість провести ідентифікацію кристалічних фаз. Рентгенографічні дослідження кристалічної структури шарів показали, що вони мають полікристалічну природу з гексагональною решіткою типу вюрциту. Кутове положення піків добре узгоджується з табличними JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) ZnOданими для номінально чистого оксиду цинку. На рентгенограмах при куті дифракції 2θ=34,37° спостерігається інтенсивний дифракційний пік, що відповідає площині (002) ZnO. При цьому сторонні фази, такі як Аl, Аl2О3, у плівках не виявлені. Це свідчить про те, що іони алюмінію не порушують гексагональну структуру вюрциту ZnO. За результатами досліджень розраховано текстурний параметр TC(hkl). З розрахунків випливає, що більше значення текстурного параметра має площина (002). Отже, плівки мають переважно структуру з (002) орієнтацією. Перелік фігур креслення Фіг. 1. СЕМ-зображення поперечного перерізу porous-CdTe. Фіг. 2. СЕМ-мікрофотографія поверхні плівки ZnO:Al. Фіг. 3. Дослідження хімічного складу за допомогою методу енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії гетероструктур ZnO:Al/porous-CdTe. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 1. Спосіб отримання плівки ZnO:Al на поруватих підкладках CdTe, який відрізняється тим, що дану плівку отримують методом золь-гель з наступним центрифугуванням на поверхні поруватих зразків CdTe, отриманих методом електрохімічного травлення. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як легуючий реактив використовують хлорид алюмінію АlСl3∙6Н2О. 2 UA 120280 U 3 UA 120280 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4