Спосіб одержання плівок цинк сульфіду

Реферат: Спосіб одержання плівок цинк сульфіду включає його хімічне осадження на підкладку в об'ємі робочого розчину, що містить сіль цинку, тіосечовину та натрій гідроксид. Використовують робочий розчин з таким молярним співвідношенням компонентів: сіль цинку:тіосечовина:натрій гідроксид = 1:108-220:2-4. UA 97612 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ ПЛІВОК ЦИНК СУЛЬФІДУ UA 97612 U UA 97612 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до неорганічної хімії, зокрема одержання плівок цинк сульфіду (ZnS), і може бути використана для виробництва тонкоплівкових шарів сонячних елементів та оптичних електронних пристроїв. Відомий спосіб одержання плівок цинк сульфіду, який включає хімічне осадження ZnS на підкладку в об'ємі робочого розчину, що містить сіль ZnSO 4, тіосечовину та натрій гідроксид, як основний комплексоутворювач. При цьому використовують додатковий комплексоутворювач триетаноламін. Молярні співвідношення солі ZnSO4, тіосечовини та натрій гідроксиду становлять відповідно 1:6:1. Хімічне осадження ZnS в об'ємі відбувається при нагріванні робочого розчину. [Н. К. Sadekar, N. G. Deshpande, Y. G. Gudage, A.Ghosh, S. D. Chavhan, S. R. Gosavi, R. Sharma. Growth, structural, optical and electrical study of ZnS thin films deposited by solution growth technique (SGT) // Journal of Alloys and Compounds, 2008. - Vol. 453. - Р. 519-524]. Але використання додаткового аміачного комплексоутворювача спричиняє одержання плівок цинк сульфіду з нерівномірним розподілом ZnS на поверхні підкладки, неоднаковою шороховатістю, товщиною. Частинки ZnS плівки є неспіврозмірними в деяких місцях. Крім цього вони є нестехіометричними (Zn:S=52:48). Одержані плівки мають органічні домішки, тріщини. Час осадження - 4 години. Швидкість утворення ZnS є неоднаковою для всього процесу осадження через різні стійкості комплексоутворювачів. При цьому утворюється значна кількість відходів. В основу корисної моделі поставлена задача створити спосіб отримання плівок цинк сульфіду, в якому здійснення хімічного осадження без використання додаткових аміачних комплексоутворювачів за нового співвідношення компонентів унеможливило б утворення органічних домішок, а також домішок у вигляді цинк оксиду або цинк гідроксиду, забезпечило б зменшення тривалості процесу, рівномірність розподілу ZnS на поверхні, відсутності тріщин, зменшення кількості відходів та стехіометричність одержаних плівок. Поставлена задача вирішується тим, що в способі одержання плівок цинк сульфіду, що включає його хімічне осадження на підкладку в об'ємі робочого розчину, що містить сіль цинку, тіосечовину та натрій гідроксид, згідно з корисною моделлю, використовують робочий розчин з таким молярним співвідношенням компонентів: сіль цинку: тіосечовина: натрій гідроксид = 1:108-220:2-4. Це забезпечує зменшення часу осадження плівок ZnS, рівномірність та однорідність розподілу ZnS на поверхні підкладки. Плівки є стехіометричними. На плівках ZnS відсутні тріщини, органічні домішки. Цим способом можливо одержати плівки ZnS, 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, що зменшує енергоємність, дає можливість спростити і здешевити технологію процесу осадження. Для одержання плівок ZnS були використані свіжоприготовлені розчини 1,0 М солі ZnSO 4 або ZnCl2, 1,0 М тіосечовини та насиченого розчину натрій гідроксиду. Плівки ZnS 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 цинк-вмісної солі, натрій гідроксиду, тіосечовини і дистильовану воду. Молярні співвідношення компонентів в розчині солі цинку, натрій гідроксиду, тіосечовини становили, відповідно, 1:108-220:2-4. Тривалість осадження становила 20-30 хв. при температурі 80-85 °C. Після осадження підкладки з плівкою виймали, промивали поверхню струменем дистильованої води і сушили на повітрі. Приклад 1. Плівки ZnS одержували змішуванням розчинів солі цинку (ZnSO 4), натрій гідроксиду та тіосечовини, з молярними співвідношеннями, відповідно 1:108:4, при температурі 80 °C. Час осадження 20 хв. Визначали елементний склад і однорідність складу плівки ZnS за допомогою атомносилового мікроскопа (РЕМ-106И, "Селмі") (фіг. 1). Встановили, що отримані плівки ZnS були характерного для цинк сульфіду білого кольору, суцільними, повністю покривали поверхню підкладки і мали малу кількість поверхневих дефектів. Співвідношення атомів Zn і атомів S у плівках є стехіометричним. Досліджували кристалічну структуру отриманої плівки з використанням дифрактометра ДРОН-3.0 (СuKα-випромінювання). На фіг. 2 представлена дифрактограма плівки ZnS. При її аналізі встановлено, що плівка має кубічну модифікацію сполуки ZnS (Просторова група - F-43m; Символ Пірсона - cF8; a=0,5351 (2) нм). Приклад 2. Осадження плівок ZnS здійснювали аналогічно, як в прикладі 1. Сіль цинку - ZnCl2, співвідношення - 1:162:2, температура 85 °C, час - 30 хв. 1 UA 97612 U 2 5 10 15 20 Спектральні залежності поглинання плівок ZnS в координатах (α*hν) , hν (фіг. 3) демонструють наявність краю фундаментального поглинання, локалізованого в області 3,62 еВ, що узгоджується з літературними даними (3,5-3,9 еВ). З використанням атомно-силового мікроскопа (РЕМ-106И, "Селмі") досліджували морфологію поверхні отриманої плівки ZnS (фіг. 4). При збільшенні у 1200 разів встановили, що плівка є суцільною, однорідною, повністю покриває підкладку. Виявили, що на поверхні отриманої плівки ZnS існує незначна кількість макродефектів, які розташовані невпорядковано. Приклад 3. Осадження плівок ZnS здійснювали аналогічно, як в прикладі 1. Сіль цинку - ZnCl2, співвідношення - 1:220:3, температура 85 °C, час - 40 хв. З використанням атомно-силового мікроскопа (РЕМ-106И, "Селмі") досліджували морфологію поверхні отриманої плівки ZnS (фіг. 5). При збільшенні у 1000 разів встановили, що одержана плівка ZnS є суцільною, однорідною, повністю покриває підкладку. На поверхні отриманої плівки ZnS існує незначна кількість макродефектів, які розташовані невпорядковано (фіг. 5). Спосіб хімічного осадження в об'ємі робочого розчину ідеально підходить для виготовлення напівпровідникових плівок ZnS на великих площах, що є однією із основних вимог для масового використання в сонячних елементах та оптичних електронних пристроях, який дозволяє одержувати плівки ZnS з структурними, оптичними та електричними параметрами, необхідними для досягнення високої ефективності перетворення на основі гетеропереходів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Спосіб одержання плівок цинк сульфіду, що включає його хімічне осадження на підкладку в об'ємі робочого розчину, що містить сіль цинку, тіосечовину та натрій гідроксид, який відрізняється тим, що використовують робочий розчин з таким молярним співвідношенням компонентів: сіль цинку:тіосечовина:натрій гідроксид = 1:108-220:2-4. 2 UA 97612 U 3 UA 97612 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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