Влияние условий получения на микроструктуру тонких пленок Сu2ZnSn(S,Se)4 : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель А. В. Трофимова

Abstract

Объектом исследования являлись тонкие пленки Cu2ZnSn(S,Se)4 на различных подложках, полученные путем сульфуризации (подложки из фольги Ti, фольги Ta, фольги Mo, стекла с подслоем Mo) или селенизации (подложки из фольги Ta, фольги Mo) электрохимически осажденных металлических прекурсоров CuSnZn. Предметы НИР: структура полученных тонких пленок, их фазовый и элементный составы, морфология и шероховатость поверхности, а также влияние типа подложки на указанные параметры. Цели проекта: установление состава и структурных свойств тонких пленок Cu2ZnSn(S,Se)4, полученных путем сульфуризации или селенизации металлических прекурсоров CuSnZn, методами спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС), рентгенофазового анализа (РФА), энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (energy-dispersive X-ray analysis – EDX), сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), атомно-силовой микроскопии (АСМ); установление влияния типа подложки на морфологию и шероховатость поверхности пленок. В результате методом EDX установлено, что пленки CZTS, полученные на титановой фольге или стекле с подслоем молибдена, характеризуются составом, наиболее близким к целевому (Cu:Zn:Sn:S = 2:1:1:4). Наибольшим сцеплением с пленками CZTS обладает фольга Mo, на которую, как и на фольгу Ti, согласно данным АСМ и СЭМ анализа, осаждаются плотные кристаллические структуры, состав которых определен методом РФА и представляет собой Cu2ZnSnS4 (CZTS, структура кестерита) (JCPDF 34-1246), Cu2SnS3 (CTS) (JCPDF 35-0684), CuS (JCPDF 02-0820), Sn2S3 (JCPDF 72-0031). Данные о фазовом составе пленок, полученные методом РФА, согласуются с данными КРС анализа. Методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии установлено, что состав пленок CZTSe на Мо и Та подложках имеет незначительные отклонения от стехиометрического соотношения (2:1:1:4). Метод РФА позволяет наблюдать образование тетрагональной фазы Cu2ZnSnSe4 (JCPDS 00-52-0868), также присутствуют рефлексы от подложек (Мо/Та) и фаз MoSe2 (JCPDS 01-077-1715)/TaSe2 (JCPDS 00-024-1257), рефлексы низкой интенсивности фазы CuSe (JCPDS 00-034-0171), возможно присутствие фазы ZnSe (JCPDS 00-037-1463). Рассчитанные атомные соотношения для пленок CZTSe для обеих подложек указывают на обеднение Cu и обогащение Zn, что отвечает критерию высокоэффективных тонкопленочных солнечных элементов на основе CZTSe. АСМ-исследования показали, что поверхность пленок CZTSe имеет зернистую структуру. В случае пленки CZTSe на Та-фольге наблюдается слоистая структура.