Морфологические и фотоэлектрические свойства n-ZnO/p-Si гетероструктуры | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 6 апреля, печатный экземпляр отправим 10 апреля.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Морфологические и фотоэлектрические свойства n-ZnO/p-Si гетероструктуры / А. Й. Бобоев, Ш. И. Одилов, Ж. А. Уринбоев [и др.]. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 25 (367). — С. 4-6. — URL: https://moluch.ru/archive/367/82648/ (дата обращения: 29.03.2024).



Обнаружено , что при увеличении доли оксида цинка в образцах n-ZnO/p-Si шероховатость поверхности пленки снижается. Определены возможности применения гетероструктуры n-ZnOp-Si в преобразователях солнечной энергии в электрическую. Эти материалы обладают экологической чистотой, доступностью и невысокой ценой.

Ключевые слова: металлооксид, кремний, спрей-пиролиз, фотолюминесценция, деформация, преобразователь, солнечная энергия.

В настоящее время основным материалом для солнечных батарей является кремний с шириной запрещенной зоны около 1 эВ. Эффективность кремниевых батарей ограничена, так как они преобразуют в электричество только часть видимого и инфракрасного диапазона широкого спектра излучения солнца. Свет синий и фиолетовой, части солнечного спектра, кремниевыми элементами не преобразуется в электричество. Мсталлооксиды ZnO и SnО 2 обладают шириной запрещенной зоны более 3 эВ и хорошо поглощают свет фиолетовой и ультрафиолетовой части солнечного спектра.

Повысить эффективность преобразования солнечной энергии фотовольтаическим элементом на основе p-n -перехода в кремнии можно путем нанесения тонкой пленки ZnO и SnO 2 n -типа на поверхность кремниевого солнечного элемента. В результате образуется «оптическое окно» (изотипный гетеропереход), расширяющее диапазон преобразования солнечной энергии в ультрафиолетовую и фиолетовую область спектра и повышающее эффективность преобразования солнечного излучения в электрическую энергию. В связи с этим в настоящей работе приводятся результаты проводимых в последние годы исследований, некоторые морфологические и фотоэлектрические свойства тонкопленочного гетеропереходного диода n-ZnO/p-Si, полученного золь-гель методом.

Для получения тонких металлооксидных слоев ZnO на кремнии нами использован метод спрей-пиролиза по технологии, описанной в работе [1]. Нанесение производилось на подложке кремния р -типа проводимости с кристаллографической ориентацией (100). Подложки нагревались керамическим тепловым элементом размером 245х60 мм. Температура поверхности контролировалась пирометром HoldPeak hp-1500. Были опробованы разные температуры от 300 до 500 °С и выбрана оптимальная температура 420 °С для ZnO. Для нанесения раствора создавалась аэрозоль при помощи аэрографа OPHIR AC004A, имеющего сопло диаметром 0,3 мм, давление воздуха для аэрографа создавалось безмасляным поршневым компрессором AS186.

Напыление пленок ZnO осуществлялось на поверхность предварительно разогретого кремния со скоростью 8 мл/мин. Расстояние от распыляющей головки до предварительно разогретого кремния составляло 85 см. Многослойное напыление пленки ZnO происходило по 1 мин с последующим перерывом в 30 секунд для восстановления температуры подложки. Таким образом, было получено 20 слоев.

Исследования поверхности проводились с использованием промышленного атомно-силового микроскопа (АСМ) Solver-NEXT, позволяющего измерять рельеф поверхности, распределение потенциала по поверхности. Шаг сканирования определялся выбором линейных размеров области сканирования и составлял (256 x 256).

Спектры фотолюминесценции были получены на спектрометре LabRam HR800 в геометрии обратного рассеяния при комнатной температуре. Возбуждение производилось при помощи Ar+ лазера с удвоением частоты (линия возбуждения 244 нм, плотность возбуждения 10 21 фотон/c·см 2 , мощность излучения, падающего на образец ~ 2.5 мВт). Для фокусировки лазерного излучения использовался объектив c 40-кратным увеличением, диаметр лазерного пятна на образце составлял 3–4 мкм.

На рис. 1 приведены изображения микрорельефа и профиля распределения неоднородностей поверхности. На исследованной площади перепад высот рельефа составил порядка 14 нм. По профилю распределения высот неоднородностей можно визуально оценить размер поверхностных агломератов, находящихся на поверхности образца, который оставляет от 10 до 18 нм. При анализе образцов n -ZnO/ p -Si, было выяснено, что при увеличении доли оксида цинка в образцах шероховатость поверхности пленки снижается.

На рис. 2 показано фотолюминесцентная-спектроскопия гетероструктуры ZnO/Si при комнатной температуре. В спектрах фотолюминесценции наблюдается только сильный ближний краевой пик излучения при 377 нм, обусловленный переходами пары донор-акцептор. Однако отсутствие каких-либо других эмиссионных пиков различных типов дефектов (например, эмиссия зеленой полосы из-за кислородной вакансии в пленке ZnO при ~550 нм) в характеристике фотолюминесцентных гетероструктур указывает на то, что выращенная пленка ZnO практически свободна от дефектов и является гетероструктурой с повышенным свойством УФ-детекции при ~377 нм.

АСМ изображение тонкопленочного гетероперехода n-ZnO/p-Si

Рис. 1. АСМ изображение тонкопленочного гетероперехода n-ZnO/p-Si

Спектра фотолюминесценции пленки ZnO

Рис.2. Спектра фотолюминесценции пленки ZnO

Таким образом, спектры фотолюминесценции показывают, что приведенные условия являются оптимальными для выращивания высококачественного слоя ZnO на Si практически без дефектов в видимой области. Такие параметры предлагаемых гетераструктур представляются перспективными для высокопроизводительных и недорогих коммерческих применений УФ-детектирования.

Литература:

  1. Ш. Х. Йулчиев и др. Использование пиролитических металлооксидных пленок для изготовления фотоэлектрических преобразователей энергии. Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т. 15. № 5. Ст. 72–77.
Основные термины (генерируются автоматически): солнечная энергия, OPHIR, запрещенная зона, комнатная температура, кремний, разогретый кремний, солнечный спектр, спектр фотолюминесценции, увеличение доли оксида цинка, эффективность преобразования.


Ключевые слова

солнечная энергия, деформация, кремний, преобразователь, металлооксид, спрей-пиролиз, фотолюминесценция

Похожие статьи

Фотолюминесцентные свойства пористого кремния и способы их...

Спектры фотолюминесценции исследуемых образцов пористого кремния представлены на рис. на рис. 1а и 1b. У свежеприготовленных образцов интенсивность I ФЛ максимальна, затем через 3 дня она значительно снижается и в течение последующих сорока дней падение...

Эффективность преобразования солнечной энергии

Целью статьи является анализ эффективности съёма солнечной энергии с устройств солнечный коллектор, солнечная панель.

В данной статье рассматриваются две установки для преобразования солнечной энергии. Плоский солнечный коллектор (СК) – устройство...

Синтез 1-D структур ZnO для фотовольтаики нового поколения

Оксид цинка перспективен и в солнечном элементе другого типа — ячейке Гретцеля или ячейке, сенсибилизированной органическим красителем

Рис. 6. Спектр фотолюминесценции пленок ZnO, полученных методом спрей-пиролиза при различных температурах подложки.

Получение и исследование тонких проводящих оксидов для...

Синтез прозрачных проводящих слоев на основе оксида цинка проводится различными

Было выяснено, что оптическая ширина запрещенной зоны тонких пленок ZnO:Al изменяется от 3

Рис. 6. Спектр фотолюминесценции пленок ZnO, полученных методом спрей-пиролиза при...

Синтез магнитных наночастиц с иммобилизацией на фрактальных...

Дальнейшее увеличение доли ТЭОС в растворе не приводит к существенному повышению r2, однако временная стабильность улучшается. Начальная релаксационная эффективность снижается за 14 дней приблизительно на 40 %, а установившееся значение r2 составляет...

Пути повышения эффективности солнечных элементов

Как известно, примерно 44 % фотонов солнечного излучения лежат в инфракрасной (ИК) области спектра излучения. Учитывая, что в настоящее время основным материалом для солнечных элементов (СЭ), является кремний, представляет большой интерес создание в...

Наночастицы аморфного диоксида кремния | Статья в журнале...

Рис. 2. Спектры фотолюминесценции пористого кремния для различных областей.

Хлорид цинка являлся источником зародышевых частиц оксида цинка, а тетраэтоксисилан

Рис. 3. Спектр фотолюминесценции образцов серии 1 до (нижний) и после обработки в растворе...

Исследование материалов, содержащих экситоны, сохраняющие...

Ключевые слова: комнатная температура, спектр фотолюминесценции монокристалла, энергия связи, отвечающая аннигиляция

Экситонное поглощение имеет место для энергий фотонов меньше ширины запрещенной зоны полупроводника и проявляется при низкой...

Обзор методов нанесения кремниевых покрытий

Благодаря своим свойствам кремний находит применение в различных областях наука, промышленности и медицины. В настоящее момент разработаны физические (молекулярно-лучевую эпитаксию, магнетронное распыление, вакуумное дуговое испарение, ионно-лучевое...

Похожие статьи

Фотолюминесцентные свойства пористого кремния и способы их...

Спектры фотолюминесценции исследуемых образцов пористого кремния представлены на рис. на рис. 1а и 1b. У свежеприготовленных образцов интенсивность I ФЛ максимальна, затем через 3 дня она значительно снижается и в течение последующих сорока дней падение...

Эффективность преобразования солнечной энергии

Целью статьи является анализ эффективности съёма солнечной энергии с устройств солнечный коллектор, солнечная панель.

В данной статье рассматриваются две установки для преобразования солнечной энергии. Плоский солнечный коллектор (СК) – устройство...

Синтез 1-D структур ZnO для фотовольтаики нового поколения

Оксид цинка перспективен и в солнечном элементе другого типа — ячейке Гретцеля или ячейке, сенсибилизированной органическим красителем

Рис. 6. Спектр фотолюминесценции пленок ZnO, полученных методом спрей-пиролиза при различных температурах подложки.

Получение и исследование тонких проводящих оксидов для...

Синтез прозрачных проводящих слоев на основе оксида цинка проводится различными

Было выяснено, что оптическая ширина запрещенной зоны тонких пленок ZnO:Al изменяется от 3

Рис. 6. Спектр фотолюминесценции пленок ZnO, полученных методом спрей-пиролиза при...

Синтез магнитных наночастиц с иммобилизацией на фрактальных...

Дальнейшее увеличение доли ТЭОС в растворе не приводит к существенному повышению r2, однако временная стабильность улучшается. Начальная релаксационная эффективность снижается за 14 дней приблизительно на 40 %, а установившееся значение r2 составляет...

Пути повышения эффективности солнечных элементов

Как известно, примерно 44 % фотонов солнечного излучения лежат в инфракрасной (ИК) области спектра излучения. Учитывая, что в настоящее время основным материалом для солнечных элементов (СЭ), является кремний, представляет большой интерес создание в...

Наночастицы аморфного диоксида кремния | Статья в журнале...

Рис. 2. Спектры фотолюминесценции пористого кремния для различных областей.

Хлорид цинка являлся источником зародышевых частиц оксида цинка, а тетраэтоксисилан

Рис. 3. Спектр фотолюминесценции образцов серии 1 до (нижний) и после обработки в растворе...

Исследование материалов, содержащих экситоны, сохраняющие...

Ключевые слова: комнатная температура, спектр фотолюминесценции монокристалла, энергия связи, отвечающая аннигиляция

Экситонное поглощение имеет место для энергий фотонов меньше ширины запрещенной зоны полупроводника и проявляется при низкой...

Обзор методов нанесения кремниевых покрытий

Благодаря своим свойствам кремний находит применение в различных областях наука, промышленности и медицины. В настоящее момент разработаны физические (молекулярно-лучевую эпитаксию, магнетронное распыление, вакуумное дуговое испарение, ионно-лучевое...

Задать вопрос