Дослідження кристалів Cu2ZnSnSe4 та гетеропереходів на їхній основі
The most promising materials for the solar radiation converters are such compounds as CdTe and Cu(In, Ga)Se2, CuIn(S, Se)2, CuGa(S, Se)2 solid solutions. However, the uneconomic nature of Cd, Te and the limited supply of In and Ga, as well as their high cost, force researchers to replace In...
Збережено в:
| Дата: | 2018 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers
2018
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2018.5-6.37 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technology and design in electronic equipment |
Репозитарії
Technology and design in electronic equipment| id |
oai:tkea.com.ua:article-141 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Technology and design in electronic equipment |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-05-30T19:26:52Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
кристали Cu2ZnSnSe4 кінетичні властивості TiO2 гетероперехід тонка плівка електричні властивості механізми струмопереносу |
| spellingShingle |
кристали Cu2ZnSnSe4 кінетичні властивості TiO2 гетероперехід тонка плівка електричні властивості механізми струмопереносу Kovaliuk, T. T. Maistruk, E. V. Solovan, M. N. Koziarskyi, I. P. Maryanchuk, P. D. Дослідження кристалів Cu2ZnSnSe4 та гетеропереходів на їхній основі |
| topic_facet |
Cu2ZnSnSe4 crystals kinetic properties TiO2 heterojunction thin film electrical properties current transfer mechanisms кристали Cu2ZnSnSe4 кінетичні властивості TiO2 гетероперехід тонка плівка електричні властивості механізми струмопереносу |
| format |
Article |
| author |
Kovaliuk, T. T. Maistruk, E. V. Solovan, M. N. Koziarskyi, I. P. Maryanchuk, P. D. |
| author_facet |
Kovaliuk, T. T. Maistruk, E. V. Solovan, M. N. Koziarskyi, I. P. Maryanchuk, P. D. |
| author_sort |
Kovaliuk, T. T. |
| title |
Дослідження кристалів Cu2ZnSnSe4 та гетеропереходів на їхній основі |
| title_short |
Дослідження кристалів Cu2ZnSnSe4 та гетеропереходів на їхній основі |
| title_full |
Дослідження кристалів Cu2ZnSnSe4 та гетеропереходів на їхній основі |
| title_fullStr |
Дослідження кристалів Cu2ZnSnSe4 та гетеропереходів на їхній основі |
| title_full_unstemmed |
Дослідження кристалів Cu2ZnSnSe4 та гетеропереходів на їхній основі |
| title_sort |
дослідження кристалів cu2znsnse4 та гетеропереходів на їхній основі |
| title_alt |
Study on Cu2ZnSnSe4 crystals and heterojunctions on their basis |
| description |
The most promising materials for the solar radiation converters are such compounds as CdTe and Cu(In, Ga)Se2, CuIn(S, Se)2, CuGa(S, Se)2 solid solutions. However, the uneconomic nature of Cd, Te and the limited supply of In and Ga, as well as their high cost, force researchers to replace In and Ga with the more common elements of II and IV groups, namely Zn and Sn. Apart from that, researchers are now testing such new semiconductor compounds as ZnSnS4, Cu2ZnSnSe4, and solid solutions on their basis. These compounds have a band gap width (Eg ≈ 1.5 eV) close to optimal for the conversion of solar energy, a high light absorption coefficient (≈ 105cm–1), a long lifetime and a high mobility of charge carriers. Moreover, the interest in such semiconductor heterojunctions as TiO2/ZnSnS4, which have several advantages over homo-transitions, is steadily growing at present. The paper presents results studies of kinetic properties of Cu2ZnSnSe4 crystals. We fabricated n-TiO2/p-Cu2ZnSnSe4 anisotype heterojunctions, determined their main electrical parameters and built their energy diagram. The Cu2ZnSnSe4 crystals have p-type conductivity and the Hall coefficient practically independent of temperature. The temperature dependence of the electrical conductivity σ for Cu2ZnSnSe4 crystalsis metallic in character, i. e. σ decreases with increasing temperature, which is caused by a decrease in the mobility of the charge carriers with the growth of T. Thermoelectric power for the samples is positive, which also indicates the prevalence of p-type conductivity. In this study, the n-TiO2/p-Cu2ZnSnSe4 heterojunctions were produced by reactive magnetron sputtering of a thin TiO2 film on the Cu2ZnSnSe4 substrate. The energy diagram of the investigated n-TiO2/p-Cu2ZnSnSe4 anisotype heterojunctions was constructed in accordance with the Anderson model, without taking into account the surface electrical states and the dielectric layer, based on the values of the energy parameters of semiconductors determined experimentally and taken from literary sources. The authors have also investigated electrical properties of the heterojunctions: the value of the potential barrier was determined, the value of the series resistance and shunt resistance (respectively, Rs = 8 W and Rsh = 5.8 kW) at room temperature. The dominant mechanisms of current transfer were established: tunneling-recombination mechanism in the voltage range from 0 to 0.3 V, and over-barrier emission and tunneling with inverse displacement in the voltage range from 0.3 to 0.45 V. |
| publisher |
PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers |
| publishDate |
2018 |
| url |
https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2018.5-6.37 |
| work_keys_str_mv |
AT kovaliuktt studyoncu2znsnse4crystalsandheterojunctionsontheirbasis AT maistrukev studyoncu2znsnse4crystalsandheterojunctionsontheirbasis AT solovanmn studyoncu2znsnse4crystalsandheterojunctionsontheirbasis AT koziarskyiip studyoncu2znsnse4crystalsandheterojunctionsontheirbasis AT maryanchukpd studyoncu2znsnse4crystalsandheterojunctionsontheirbasis AT kovaliuktt doslídžennâkristalívcu2znsnse4tageteroperehodívnaíhníjosnoví AT maistrukev doslídžennâkristalívcu2znsnse4tageteroperehodívnaíhníjosnoví AT solovanmn doslídžennâkristalívcu2znsnse4tageteroperehodívnaíhníjosnoví AT koziarskyiip doslídžennâkristalívcu2znsnse4tageteroperehodívnaíhníjosnoví AT maryanchukpd doslídžennâkristalívcu2znsnse4tageteroperehodívnaíhníjosnoví |
| first_indexed |
2025-09-24T17:30:26Z |
| last_indexed |
2025-09-24T17:30:26Z |
| _version_ |
1850410214139887616 |
| spelling |
oai:tkea.com.ua:article-1412025-05-30T19:26:52Z Study on Cu2ZnSnSe4 crystals and heterojunctions on their basis Дослідження кристалів Cu2ZnSnSe4 та гетеропереходів на їхній основі Kovaliuk, T. T. Maistruk, E. V. Solovan, M. N. Koziarskyi, I. P. Maryanchuk, P. D. Cu2ZnSnSe4 crystals kinetic properties TiO2 heterojunction thin film electrical properties current transfer mechanisms кристали Cu2ZnSnSe4 кінетичні властивості TiO2 гетероперехід тонка плівка електричні властивості механізми струмопереносу The most promising materials for the solar radiation converters are such compounds as CdTe and Cu(In, Ga)Se2, CuIn(S, Se)2, CuGa(S, Se)2 solid solutions. However, the uneconomic nature of Cd, Te and the limited supply of In and Ga, as well as their high cost, force researchers to replace In and Ga with the more common elements of II and IV groups, namely Zn and Sn. Apart from that, researchers are now testing such new semiconductor compounds as ZnSnS4, Cu2ZnSnSe4, and solid solutions on their basis. These compounds have a band gap width (Eg ≈ 1.5 eV) close to optimal for the conversion of solar energy, a high light absorption coefficient (≈ 105cm–1), a long lifetime and a high mobility of charge carriers. Moreover, the interest in such semiconductor heterojunctions as TiO2/ZnSnS4, which have several advantages over homo-transitions, is steadily growing at present. The paper presents results studies of kinetic properties of Cu2ZnSnSe4 crystals. We fabricated n-TiO2/p-Cu2ZnSnSe4 anisotype heterojunctions, determined their main electrical parameters and built their energy diagram. The Cu2ZnSnSe4 crystals have p-type conductivity and the Hall coefficient practically independent of temperature. The temperature dependence of the electrical conductivity σ for Cu2ZnSnSe4 crystalsis metallic in character, i. e. σ decreases with increasing temperature, which is caused by a decrease in the mobility of the charge carriers with the growth of T. Thermoelectric power for the samples is positive, which also indicates the prevalence of p-type conductivity. In this study, the n-TiO2/p-Cu2ZnSnSe4 heterojunctions were produced by reactive magnetron sputtering of a thin TiO2 film on the Cu2ZnSnSe4 substrate. The energy diagram of the investigated n-TiO2/p-Cu2ZnSnSe4 anisotype heterojunctions was constructed in accordance with the Anderson model, without taking into account the surface electrical states and the dielectric layer, based on the values of the energy parameters of semiconductors determined experimentally and taken from literary sources. The authors have also investigated electrical properties of the heterojunctions: the value of the potential barrier was determined, the value of the series resistance and shunt resistance (respectively, Rs = 8 W and Rsh = 5.8 kW) at room temperature. The dominant mechanisms of current transfer were established: tunneling-recombination mechanism in the voltage range from 0 to 0.3 V, and over-barrier emission and tunneling with inverse displacement in the voltage range from 0.3 to 0.45 V. Найбільш перспективними матеріалами для створення перетворювачів сонячного випромінювання вважаються такі сполуки, як CdTe і тверді розчини Cu(In, Ga)Se2, CuIn(S, Se)2, CuGa(S, Se)2.Однак неекологічність Cd, Te та обмеженість земних запасів In, Ga, а також їхня висока вартість змушують дослідників замінювати In і Ga на більш поширені елементи II та IV груп, а саме на Zn і Sn. Крім цього, проводяться дослідження нових напівпровідникових сполук, таких як Cu2ZnSnS4, Cu2ZnSnSe4, а також твердих розчинів на їхній основі. Ці сполуки мають близьку до оптимальної для перетворення сонячної енергії ширину забороненої зони (Eg ≈ 1,5 еВ), високий коефіцієнт поглинання світла (≈ 105 см–1), великий час життя носіїв заряду, а також досить високу їх рухливість. Також зараз неухильно зростає інтерес до напівпровідникових гетеропереходів, таких як TiO2/Cu2ZnSnS4, що мають ряд переваг в порівнянні з гомопереходами. У даній роботі представлено результати досліджень кінетичних властивостей кристалів Cu2ZnSnS4, створено анізотипні гетеропереходи n-TiO2/p-Cu2ZnSnSe4, визначено їх основні електричні параметри та побудовано енергетичну діаграму. Встановлено, що електропровідність кристалів Cu2ZnSnS4 має металевий характер, тобто вона зменшується з ростом температури, що обумовлено зменшенням рухливості носіїв заряду. Коефіцієнт Холла не залежить від температури, що вказує на виродження носіїв заряду в напівпровіднику. Анізотипні гетеропереходи n-TiO2/p-Cu2ZnSnSe4 виготовлено методом магнетронного напилення тонких плівок TiO2 на підкладки з кристалів Cu2ZnSnSe4. Енергетичну діаграму гетеропереходів було побудовано відповідно до моделі Андерсона, без урахування поверхневих електричних станів і діелектричного шару, на основі значень енергетичних параметрів напівпровідників визначених експериментально, а також взятих з літературних джерел. Досліджено електричні властивості гетеропереходів: визначено висоту потенціального бар'єра, значення послідовного і шунтувальних опорів при кімнатній температурі (відповідно, Rs = 8 Ом, Rsh = 5,8 кOм). Встановлено домінівні механізми струмопереносу: в області напруги від 0 до 0,3 В — це тунельно-рекомбінаційний механізм, при зміщеннях від 0,3 до 0,45 В — це надбар'єрна емісія і тунелювання при зворотному зміщенні. PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers 2018-12-28 Article Article Peer-reviewed Article application/pdf https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2018.5-6.37 10.15222/TKEA2018.5-6.37 Technology and design in electronic equipment; No. 5–6 (2018): Tekhnologiya i konstruirovanie v elektronnoi apparature; 37-43 Технологія та конструювання в електронній апаратурі; № 5–6 (2018): Технология и конструирование в электронной аппаратуре; 37-43 3083-6549 3083-6530 10.15222/TKEA2018.5-6 uk https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2018.5-6.37/129 Copyright (c) 2018 Kovaliuk T. T., Maistruk E. V., Solovan M. N., Koziarskyi I. P., Maryanchuk P. D. http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |