Виготовлення методом спрейпіролізу і фізичні властивості плівок FeS2

1.

Виготовлення методом спрейпіролізу і фізичні властивості
плівок FeS2
Дмитро Дутчин, Владислав Заплітний
Науковий керівник – доц. Орлецький І.Г.

2.

Актуальність: Дисульфіт заліза FeS2 (пірит) є нетоксичним
матеріалом і завдяки широкому розповсюдженні на Землі
має перспективу стати недорогою альтернативою для
створення високоефективних сонячних елементів низької
вартості.
Мета роботи: Виготовити методом спрей-піролізу
тонкі плівки FeS2 при температурах підкладок від 250
оС до 400 оС і дослідити їх електричні і оптичні
властивості.

3.

120
100
FeS2
20
FeS2
o
TS = 350 C
o
TS = 300 C
10
60
15
cm
cm
80
40
heating
cooling
20
heating
cooling
5
0
0
20
40
60
80
100 120 140 160
0
20
40
60
80
100 120 140 160
o
o
T, C
T, C
FeS2
8
o
cm
TS = 400 C
6
4
heating
cooling
2
0
20
40
60
80
100 120 140 160
o
T, C
Рис.1. Температурна залежність питомого
електроопору ρ плівок FeS2, виготовлених при
різних температурах
спрей-піролізу
TS = 300 оС (а), TS = 350 оС (б), TS = 400 оС (в)

4.

FeS2
6
-4
ln cm
4
log cm
5
3
2
1
FeS2
-2
Ea = 0,21 eV
-6
o
TS = 300 C
-8
o
TS = 350 C
Ea = 0,27 eV
-10
Ea = 0,36 eV
-12
250
300
350
400
o
TS, C
o
TS = 400 C
-14
2,2
2,4
2,6
2,8
3
3,0
3,2
3,4
3,6
-1
10 /T, K
Рис.2. Залежність питомого
Рис.3. Температурна залежність
електроопору плівок FeS2 від
електропровідності lnσ = f(103/T)
температури піролізу TS
плівок FeS2, виготовлених при різних
температурах спрей-піролізу TS

5.

80
70
FeS2
(0,1M FeCl3)
60
T, %
50
40
o
TS = 250 C
30
o
TS = 300 C
o
TS = 350 C
20
o
TS = 400 C
10
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
, m
Рис.4. Спектр пропускання тонких плівок FeS2,
виготовлених при різних температурах піролізу (250 oC ≤ TS
≤ 400 oC) 0.1 М водних розчинів FeCl3∙6H2O і (NH2)2CS при
співвідношенні компонентів [Fe]:[S] = 1:3

6.

80
FeS2
70
60
T, %
50
40
30
20
TS = 400 C, 0,1M
10
TS = 400 C, 0,6M
0
o
o
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
, m
Рис.5. Спектр пропускання тонких плівок FeS2, виготовлених
температурах піролізу TS = 400 oC солей FeCl3∙6H2O і (NH2)2CS при
співвідношенні компонентів [Fe]:[S] = 1:3 та 1:18

7.

5
2
( h ) 10
-10
2
, eV /cm
2
6
4
Eg, eV
7
2,8
FeS2
2,6
(0,1M FeCl3)
2,4
2,2
250
300
350
400
o
TS, C
3
o
TS = 250 C
2
o
TS = 300 C
o
TS = 350 C
1
o
TS = 400 C
0
1
2
3
4
h , eV
Рис.6. Залежність (αhν)2 = f(hν) для плівок FeS2 і Eg (вставка)
від температури піролізу TS

8.

FeS2
4
(0,1M FeCl3)
3
-2
10 , eV
1/2
/cm
1/2
5
1/2
2
( h )
o
TS = 250 C
o
TS = 300 C
1
o
TS = 350 C
o
TS = 400 C
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
h , eV
Рис.7. Залежність (αhν)1/2 = f(hν) для плівок FeS2 від
температури піролізу TS

9.

Температура
піролізу,
TS, оС
Ширина забороненої зони
(прямі переходи), Eg, еВ
Ширина забороненої зони
(непрямі переходи)
Енергія фонона,
E’g, еВ
Eр, еВ
250
2,19
1,26
0,14
300
2,41
1,37
0,21
350
2,68
1,36
0,19
400
2,78
1,26
0,34
Таблиця 1. Залежність енергетичних параметрів плівок FeS2 від
емператури піролізу TS

10.

Висновки
1.Методом спрей-піролізу 0.1 М водних розчинів FeCl3∙6H2O і (NH2)2CS при
співвідношенні компонентів [Fe]:[S] = 1:3 і температурах піролізу 250 oC ≤ TS ≤ 400
oC
отримані плівки FeS2 товщиною d ≈ 0,2 ÷ 0,6 мкм із широким діапазоном
значень питомого опору - від ρ ≈ 100 Ом∙см до ρ ≈ 800 кОм∙см.
2.Плівки володіють високою адгезією до підкладок і стійкістю до дії агресивних
середовищ. У області довжин хвиль λ > 0,6 мкм плівки FeS2 володіють високим
коефіцієнтом пропускання Т ≈ 60 ÷ 70 % і характеризуються різким краєм
пропускання в області власного поглинання світла.
3.Ширина забороненої зони плівок залежить від умов одержання і для прямих
оптичних переходів знаходиться в діапазоні Eg = 2,19 ÷ 2,78 еВ. Непрямі оптичні
переходи (E’g = 1,26 ÷ 1,36 еВ) відбуваються за участю фононів.

11.

Дякую за увагу