Оптические и электрические свойства пленок Sb₂(S_xSe_1–x)₃ для солнечных элементов

Методом вакуумного термического испарения получены пленки Sb₂(S_xSe_1–x)₃ из порошков бинарных соединений Sb₂S₃ и Sb₂Se₃ при температуре подложки 300 °C. Исследовано влияние соотношения элементного состава S/(S+Se) на оптические и электрические свойства пленок Sb₂(S_xSe_1–x)₃.  Показано, что ширина запрещенной зоны полученных пленок Sb₂(S_xSe_1–x)₃ увеличивается с ростом концентрации серы. Синтезируемые пленки обладают малой энергией Урбаха, что свидетельствует об их низкой дефектности. Из температурных зависимостей электрического сопротивления установлено наличие глубоких уровней в запрещенной зоне, энергия активации которых изменяется в диапазоне 0.5—0.8 эВ в зависимости от соотношения атомарной концентрации S/(S+Se). Подтверждена возможность получения эффективных солнечных элементов на основе Sb₂(S_x,Se_1-x)₃ с использованием метода вакуумного осаждения из порошков бинарных соединений Sb₂S₃ и Sb₂Se₃. 

1. M. A. Green, E. D. Dunlop, J. Hohl-Ebinger, M. Yoshita, N. Kopidakis, X. Hao. Prog. Photovolt.: Res. Appl., 31 (2023) 3—16, https://doi.org/10.1002/pip.3646

2. Photovoltaics report Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, ISE with support of PSE Projects GmbH [Online], https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/publications/studies/PhotovoltaicsReport.pdf. [Accessed: Nov. 12, 2023]

3. T. M. Razykov, C. S. Ferekides, D. Morel, E. Stefanakos, H. S. Ullal, H. M. Upadhyaya. Solar Energy, 85 (2011) 1580—1608, https://doi.org/10.1016/j.solener.2010.12.002

4. Y. Cao, C. Wang, B. Li, K. Zhang, X. Xu, J. Hu, X. Chen. Jap. J. Appl. Phys., 50 (2011) 125001, https://doi:10.1143/JJAP.50.125001

5. X. Wang, R. Tang, Ch. Wu, Ch. Zhu, T. Chen. J. Energy Chem., 27 (2018) 713—721, https://doi:10.1016/j.jechem.2017.09.031

6. A. Mavlonov, T. Razykov, F. Raziq, J. Gan, J. Chantana, Y. Kawano, T. Nishimura, H. Wei, A. Zakutayev, T. Minemoto, X. Zu, S. Li, L. Qiao. Solar Energy, 201 (2020) 227—246, https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.03.009

7. Y. Zhou, L. Wang, S. Chen, S. Qin, X. Liu, J. Chen, D.-J. Xue, M. Luo, Y. Cao, Y. Cheng, E. H. Sargent, J. Tang. Nature Photon., 9 (2015) 409—415, https://doi.org/10.1038/nphoton.2015.78

8. B. Yang, S. Qin, D. Xue, L. Jiang, R. Tang, Ch. Jiang, Ch. Wu, D. Gao, X. Wang, F. Fang, Ch. Zhu, T. Chen. Prog. Photovolt.: Res. Appl., 25 (2017) 113—122, https://doi:10.1002/pip.2819

9. X. Hu, J. Tao, R. Wang, Y. Wang, Y. Pan, G. Weng, X. Luo, Sh. Chen, Z. Zhu, J. Chu, H. Akiyama. J. Power Sources, 493 (2021) 229737, https://doi:10.1016/j.jpowsour.2021.229737

10. X. Wang, R. Tang, Ch. Jiang, W. Lian, H. Ju, G. Jiang, Zh. Li, Ch. Zhu, T. Chen. Adv. Energy Mater. (2020) 2002341, https://doi:10.1002/aenm.202002341

11. X. Liu, X. Xiao, Y. Yang, D. J. Xue, D. B. Li, Ch. Chen, Sh. Lu, L. Gao, Y. He, M.C. Beard, G. Wang, Sh. Chen, J. Tang. Prog. Photovolt.: Res. Appl., 25, N 10 (2017) 861—870, https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.110107

12. F. I. Mustafa, S. Gupta, N. Goyal, S. K. Tripathi. J. Optoelectron. Adv. Mater., 11, N 12 (2019) 2019—2023

13. Mamta, Y. Singh, K. K. Maurya, V. N. Singh. Solar Energy Mater. Solar Cells, 230 (2021) 111223, https://doi.org/10.1016/j.solmat.2021.111223

14. T. M. Razykov, A. Kh. Shukurov, K. M. Kuchkarov, B. A. Ergashev, R. R. Khurramov, J. G. Bekmirzoyev, A. A. Mavlonov. Appl. Solar Energy, 55 (2019) 376—379, https://doi:10.3103/S0003701X19060094

15. T. M. Razykov, K. M. Kuchkarov, M. S. Tivanov, B. A. Ergashev, R. Khurramov, D. Z. Isakov, A. Olimov, D. S. Baiko, N. I. Polyak, O. V. Korolik, S. D. Sharipov. Appl. Solar Energy, 58, N 4 (2022) 461—465, https://doi.org/10.3103/S0003701X22040132

16. G.-X. Liang, X.-H. Zhang, H.-L. Ma, J.-G. Hu, B. Fan, Zh.-K. Luo, Zh. H. Zheng, J. T. Luo, P. Fan. Solar Energy Mater. and Solar Cells, 160 (2017) 257—262, https://doi.org/10.1016/j.solmat.2016.10.042

17. O. S. Hutter, L. J. Phillips, P. J. Yates, J. D. Major, K. Durose. IEEE 7th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC) (2018) 0027—0031, https://doi:10.1109/PVSC.2018.8547653

18. X. Liu, J. Chen, M. Luo. Appl. Mater. Interfaces, 6 (2014) 10687—10695, https://doi:10.1021/am502427s

19. Y. H. Kwon, Y. B. Kim, M. Jeong, H. W. Do, H. K. Cho, J. Y. Lee. Solar Energy Mater. and Solar Cells, 172 (2017) 11—17, https://doi.org/10.1016/j.solmat.2017.07.004

20. H. M. Pathan, Ch. D. Lokhande. Bull. Mater. Sci., 27, N 2 (2004) 85—111, https://doi.org/10.1007/BF02708491

21. A. Kulkarni, S. Arote, H. Pathan, R. S. Patil. Mater. Renewable and Sust. Energy, 4, N 1 (2015), https://doi.org/10.1007/s40243-015-0058-5

22. Y. Zhou, M. Leng, Z. Xia, J. Zhong, H. Song, X. Liu, B. Yang, Ju. Zhang, J. Chen, K. Zhou, J. Han, Y. Cheng, J. Tang. Adv. Energy Mater., 4 (2014) 1301846, https://doi.org/10.1002/aenm.201301846

23. M. D. Khan, M. Aamir, M. Sohail, M. Sher, J. Akhtar, M. A. Malik, N. Revaprasadu. Solar Energy, 169 (2018) 526, https://doi:10.1016/j.solener.2018.05.026

24. L. Wang, D.-B. Li, K. Li, C. Chen, Ch. Chen, H.X. Deng, L. Gao, Y. Zhao, F. Jiang, L. Li, Fe. Huang, Y. He, H. Song, G. Niu, J. Tang. Nature Energy, 2, N 4 (2017) 17046, https://doi.org/10.1038/nenergy.2017.46

25. D. K. Schroder. Semiconductor Material and Device Characterization, John Wiley & Sons, New York, (1990)

26. B. Yang, D.-J.Xue, M. Leng, J. Zhong, L. Wang, H. Song, Y. Zhou, J. Tang. Sci. Rep., 5 (2015) 10978, https://doi:10.1038/srep10978(2015)

27. T. Jiménez, C. I. León-Pimentel, Di Seuret-Jiménez, M. Courel. General Chem., 5, N 2 (2019) 180029, https://doi:10.21127/yaoyigc20180029

28. M. Tivanov, A. Moskalev, I. Kaputskaya, P. Zukowski. Przegląd Elektrotechniczny, 92, N 8 (2016) 85—87, https://doi:10.15199/48.2016.08.23

29. F. Urbach. Phys. Rev. J., 92 (1953) 1324, https://doi.org/10.1103/PhysRev.92.1324