Спосіб одержання тонких плівок кадмій селеніду

Реферат: Спосіб одержання тонких плівок кадмій селеніду включає його хімічне осадження на підкладку з розчину, що містить іони металу та іони селену у лужному середовищі. Попередньо підкладку поміщають на нагріту термостатовану поверхню, а осадження здійснюють нанесенням на підкладку розчину, що містить іони металу та іони селену. UA 82328 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ ТОНКИХ ПЛІВОК КАДМІЙ СЕЛЕНІДУ UA 82328 U UA 82328 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до неорганічної хімії, одержання тонких напівпровідникових плівок, зокрема плівок кадмій селеніду (CdSe), методом хімічного поверхневого осадження (ХПО) і може бути використана для отримання тонких плівок з різних розчинних солей важких металів, що є актуальною задачею для виробництва тонкоплівкових сонячних модулів. Найбільш близьким до пропонованого є спосіб одержання тонких плівок кадмій селеніду, що включає хімічне осадження CdSe на підкладки з розчину у ванні, що містить іони металу та іони селену у лужному середовищі (ХОВ). У процесі ХОВ тепло, необхідне для активації хімічної реакції, передається від ванни до поверхні зразка, стимулюючи як гетерогенне зародження CdSe на поверхні, так і гомогенне утворення CdSe в об'ємі ванни. Реакція найкраще проходить в найгарячішому регіоні ванни. Таким чином, для ванн, що обігріваються термічною оболонкою, осадження також відбувається на стінках посудини, а для ванн, що нагріваються зануреним нагрівачем, значне осадження відбувається на нагріваючому елементі [N. Gopakumar, P.S. Anjana, P.К. Vidyadharan Pillai. Chemical bath deposition and characterization of CdSe thin films for optoelectronic applications // Journal of Materials Science (2010).-6653-6656 pp.]. Але цей спосіб вимагає енергійного перемішування розчину у ванні для забезпечення рівномірної термічної і хімічної гомогенності та для мінімізації адгезії гомогенно зароджених частинок CdSe до поверхні вирощуваної плівки. Крім цього непропорційність об'ємів ванни площі підкладки, великі об'єми розчинів, що містять іони кадмію та іони селену, призводять до виникнення великої кількості відходів з значним вмістом кадмію і зростання енергоємності. Особливістю шкідливої дії сполук кадмію є швидке його засвоєння організмом і повільне виведення, що призводить до кумуляції цього металу в тканинах. Кадмій накопичується в основному у печінці, нирках і кістковій тканині; викликає онкологічні захворювання; може бути причиною виникнення мутацій, руйнування ланцюга ДНК, хромосомних аберацій; впливає на трансмембранну передачу гормональних сигналів у клітинах, репродуктивну функцію і процеси пероксидного окиснення в організмі. В основу корисної моделі поставлена задача створення такого способу одержання тонких плівок кадмій селеніду, в якому здійснення хімічного осадження на підкладку з розчину, що містить іони металу та іони селену у лужному середовищі, забезпечувало б зменшення енергоємності, об'ємів розчинів, що містять іони кадмію та іони селену, кількості відходів та дозволило б усунути перемішування. Поставлена задача вирішується тим, що в способі одержання тонких плівок кадмій селеніду методом, що включає його хімічне осадження на підкладку з розчину, що містить іони металу та іони селену у лужному середовищі, згідно з корисною моделлю, попередньо підкладку поміщають на нагріту термостатовану поверхню, а осадження здійснюють нанесенням на підкладку розчину, що містить іони металу та іони селену. Це забезпечує можливість одержання тонких плівок CdSe з структурними, оптичними та електричними параметрами, які не поступаються плівкам, отриманим іншими методами. Також спосіб ХПО дає можливість контролювати ріст плівки, підтримувати точні параметри процесу і динамічно змінювати умови для отримання однорідних суцільних плівок заданої товщини. При цьому зменшується кількість відходів та об'єми розчинів, що містять іони кадмію та іони селену, усувається перемішування. Обладнання, яке використовується, є доступним, не вимагає застосування високих температур і тисків, що зменшує енергоємність, спрощує і здешевлює технологію. Спосіб хімічного поверхневого осадження ідеально підходить для виготовлення тонких напівпровідникових плівок CdSe на великих площах та при низьких температурах, що є однією із основних вимог для масового використання сонячної енергетики, який дозволяє одержувати тонкі плівки CdSe з структурними, оптичними та електричними параметрами, необхідними для досягнення високої ефективності перетворення сонячних модулів на основі гетеропереходів. Приклад 1. Для одержання тонких плівок CdSe були використані свіжоприготовлені розчини кадмійвмісної солі та натрій селеносульфіту (Na2SeSO3). Натрій селеносульфіт готували наступним чином: елементарний селен у вигляді дрібного порошку додавали до водного розчину сульфіту натрію і отриману суміш нагрівали до температури 60 °C при постійному перемішуванні протягом 3 годин. Після закінчення реакції розчин охолоджували до кімнатної температури і фільтрували. ХПО проводили на попередньо підготовлені і термостатовані однорідні скляні підкладки 2 площею 3,96 см . Підкладки очищали хромовою сумішшю для видалення домішок, адсорбованих на поверхні, промивали дистильованою водою і протирали спиртом. Підкладку поміщали на нагріту термостатовану поверхню. На неї наносили 0,5 мл свіжоприготованого робочого розчину, який отримували шляхом змішування 1 мл розчину 1 UA 82328 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 кадмійвмісної солі і 1 мл розчину натрій селеносульфіту. Після осадження підкладку з плівкою знімали, промивали поверхню струменем дистильованої води і сушили на повітрі. Після процесу ХПО підкладки покриті по всій площі суцільною плівкою CdSe з характерним для кадмій селеніду червоно-помаранчевим кольором. Плівка CdSe, осаджена з 0,01 М розчину солі кадмій хлориду і 0,1 М розчину натрій селеносульфіту. Тривалість осадження становила 12 хв. при температурі 80 °C. Елементний склад і однорідність складу тонкої плівки CdSe досліджували за допомогою енергодисперсійного рентгенівського аналізатора (ЕДАР) растрового електронного мікроскопа РЕММА-102-02 (фіг. 1). Встановлено, що отримана плівка CdSe мала однорідний по всій площі зразка практично стехіометричний склад. Приклад 2. Тонкі плівки CdSe одержували методом хімічного поверхневого осадження, аналогічно, як в прикладі 1. Плівки CdSe, осаджені з водних розчинів солей Cd(CH3COO)2 (a), CdCl2 (б), (CdI2) (в), Cd(NO3)2 (г), CdSO4 (д) на скляні підкладки. Молярна концентрація солей становила 0,03 моль/л, натрій селеносульфіту - 0,1 М. Тривалість осадження становила 9 хв. при температурі 2 50 °C. Спектральні залежності поглинання плівок CdSe в координатах (α*hv) , hv демонструють наявність краю фундаментального поглинання (фіг. 2), локалізованого в області 1,8 еВ, що узгоджується з літературними даними (1,74-2,0 еВ). Приклад 3. Тонку плівку CdSe одержували методом хімічного поверхневого осадження, аналогічно, як в прикладі 1. Плівка CdSe, осаджена з 0,01 М розчину солі кадмій ацетату і 0,1 М розчину натрій селеносульфіту. Тривалість осадження становила 3 хв. при температурі 70 °C. З використанням растрового електронного мікроскопа РЕММА-102-02 досліджували морфологію поверхні отриманої плівки. На фігурі 3 представлені мікрофотографії поверхні. При збільшеннях у 1000 разів в різних місцях на поверхні зразка встановлено, що плівка повністю покриває підкладку і досить гомогенна. Виявлено, що на поверхні отриманої суцільної плівки існують макродефекти у вигляді конгломератів частинок. Дефекти мають хаотичне розташування, яке не пов'язане з текстурою скляної підкладки. Приклад 4. Тонку плівку CdSe одержували методом хімічного поверхневого осадження, аналогічно, як в прикладі 1. Плівка CdSe, осаджена з 0,02 М розчину солі кадмій нітрату і 0,1 М розчину натрій селеносульфіту. Тривалість осадження становила 9 хв. при температурі 70 °C. З використанням растрового електронного мікроскопа РЕММА-102-02 досліджували морфологію поверхні отриманої плівки. На фігурі 4 представлені мікрофотографії поверхні. При збільшеннях у 1000 разів встановлено, що плівка повністю покриває підкладку і досить гомогенна. Виявлено, що на поверхні отриманої суцільної плівки існує невелика кількість макродефектів, які мають невпорядковане розташування. Приклад 5. Тонку плівку CdSe одержували методом хімічного поверхневого осадження, аналогічно, як в прикладі 1. Плівка CdSe, осаджена з 0,01 М розчину солі кадмій йодиду і 0,1 М розчину натрій селеносульфіту. Тривалість осадження становила 6 хв. при температурі 70 °C. З використанням растрового електронного мікроскопа РЕММА-102-02 досліджували морфологію поверхні отриманої плівки. На фігурі 5 представлені мікрофотографії поверхні. При збільшеннях у 1000 разів встановлено, що плівка повністю покриває підкладку і досить гомогенна. Виявлено, що на поверхні отриманої суцільної плівки існує невелика кількість макродефектів, які мають невпорядковане розташування. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 Спосіб одержання тонких плівок кадмій селеніду, що включає його хімічне осадження на підкладку з розчину, що містить іони металу та іони селену у лужному середовищі, який відрізняється тим, що попередньо підкладку поміщають на нагріту термостатовану поверхню, а осадження здійснюють нанесенням на підкладку розчину, що містить іони металу та іони селену. 2 UA 82328 U 3 UA 82328 U 4 UA 82328 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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 5