ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ Ủ ĐẾN CẤU TRÚC TINH THỂ,  ĐẶC TÍNH QUANG VÀ ĐIỆN CỦA MÀNG MỎNG ANTIMON TRISULFIDE

Nguyễn Thị Hồng Nhung; Nguyễn Viết Bá; Lưu Bá Hoàng Anh; Nguyễn Thị Lan; Nguyễn Duy Cường

doi:10.34238/tnu-jst.14011

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ Ủ ĐẾN CẤU TRÚC TINH THỂ, ĐẶC TÍNH QUANG VÀ ĐIỆN CỦA MÀNG MỎNG ANTIMON TRISULFIDE

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 15/11/25 Ngày hoàn thiện: 16/04/26 Ngày đăng: 17/04/26

Các tác giả

1. Nguyễn Thị Hồng Nhung, Đại học Bách Khoa Hà Nội
2. Nguyễn Viết Bá, Đại học Bách Khoa Hà Nội
3. Lưu Bá Hoàng Anh, Đại học Bách Khoa Hà Nội
4. Nguyễn Thị Lan, Đại học Bách Khoa Hà Nội
5. Nguyễn Duy Cường , Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, màng mỏng antimon trisulfide (Sb₂S₃) đã được chế tạo thành công bằng quy trình hai bước hiệu quả bao gồm lắng đọng màng mỏng Sb₂S₃bằng phương pháp phún xạ magnetron nguồn xoay chiều và xử lý nhiệt trong môi trường lưu huỳnh. Các màng Sb₂S₃ được ủ ở các nhiệt độ khác nhau từ 280 đến 360 °C trong 20 phút trong môi trường lưu huỳnh nhằm nâng cao độ kết tinh và giảm khuyết tật lưu huỳnh. Kết quả cho thấy nhiệt độ ủ ảnh hưởng đáng kể đến độ kết tinh, cấu trúc pha và đặc tính quang điện của màng. Cụ thể, màng mỏng Sb₂S₃ được xử lý nhiệt ở nhiệt độ thấp hơn 300 °C có cấu trúc vô định hình. Ngược lại, tại 340 °C, màng mỏng thể hiện cấu trúc tinh thể và các đặc trưng tối ưu nhất. Ở đây, màng Sb₂S₃ thu được là bán dẫn loại n, độ kết tinh cao với kích thước tinh thể trung bình khoảng 500 nm, nồng độ điện tử 6,42x10¹⁷cm^-3 và bề vùng cấm khoảng 1,64 eV, như được chỉ ra bởi biểu đồ Tauc. Điện trở suất của màng giảm từ 4,22 đến 2,25 Ω.cm tương ứng với nhiệt độ ủ tăng từ 300 đến 340 °C. Những kết quả này cho thấy màng mỏng Sb₂S₃ có tiềm năng lớn trong việc làm lớp hấp thụ ánh sáng trong pin mặt trời màng mỏng.

Từ khóa

Màng mỏng antimon trisulfide; Phún xạ magnetron nguồn RF; Lớp hấp thụ; Pin mặt trời; Xử lý nhiệt

Toàn văn:

PDF (English)

Tài liệu tham khảo

[1] Y. Itzhaik et al., “Sb₂S₃-Sensitized Nanoporous TiO₂ solar cells,” The Journal of Physical Chemistry C, vol. 113, no. 11, pp. 4254-4256, 2009.

[2] S. Chen et al., “Crystal growth promotion and interface optimization enable highly efficient Sb₂S₃ photocathodes for solar hydrogen evolution,” Nano Energy, vol. 99, 2022, Art. no. 107417.

[3] C. Lan et al., “Enhanced charge extraction of Li-Doped TiO₂ for efficient Thermal-Evaporated Sb₂S₃ thin film solar cells,” Materials, vol. 11, no. 3, 2018, Art. no. 355.

[4] K. Zeng et al., “Antimony selenide thin-film solar cells,” Semiconductor Science and Technology, vol. 31, no. 6, 2016, Art. no. 063001.

[5] M. R. Filip et al., “GWquasiparticle band structures of stibnite, antimonselite, bismuthinite, and guanajuatite,” Physical Review B, vol. 87, no. 20, 2013, Art. no. 205125.

[6] O. Madelung, Semiconductors: data handbook, Springer Science & Business Media, 2004.

[7] X. Wang et al., “Development of antimony sulfide–selenide Sb₂(S, Se)₃-based solar cells,” Journal of Energy Chemistry, vol. 27, no. 3, pp. 713-721, 2017.

[8] M. B. Costa et al., “Thermal treatment effects on electrodeposited Sb₂Se₃ photovoltaic thin films,” ChemElectroChem, vol. 4, no. 10, pp. 2507-2514, 2017.

[9] Y. Lai et al., “Preparation and characterization of Sb₂Se₃ thin films by electrodeposition and annealing treatment,” Applied Surface Science, vol. 261, pp. 510-514, 2012.

[10] J. Zhou et al., “Efficient Sb₂S₃ solar cells employing favorable (Sb₄S₆)n ribbon orientation via hydrothermal method,” Materials Letters, vol. 316, 2022, Art. no. 132032.

[11] C. Chen and J. Tang, “Open-Circuit voltage loss of antimony chalcogenide solar cells: Status, origin, and possible solutions,” ACS Energy Letters, vol. 5, no. 7, pp. 2294-2304, 2020.

[12] Y. Lai et al., “Preparation and characterization of Sb₂Se₃ thin films by electrodeposition and annealing treatment,” Applied Surface Science, vol. 261, pp. 510-514, 2012.

[13] M. A. Farhana et al., “Recent advances and new research trends in Sb₂S₃ thin film based solar cells,” Journal of Science Advanced Materials and Devices, vol. 8, no. 1, 2023, Art. no. 100533.

[14] W. Lian et al., “Revealing composition and structure dependent deep-level defect in antimony trisulfide photovoltaics,” Nature Communications, vol. 12, no. 1, 2021, Art. no. 3260.

[15] Md. F. Rahman et al., “Concurrent investigation of antimony chalcogenide (Sb₂Se₃ and Sb₂S₃)-based solar cells with a potential WS2 electron transport layer,” Heliyon, vol. 8, no. 12, 2022, Art. no. e12034.

[16] S. Barthwal et al., “Band offset engineering in antimony sulfide (Sb₂S₃) solar cells, using SCAPS simulation: A route toward PCE > 10%,” Optik, vol. 282, 2023, Art. no. 170868.

[17] U. Chalapathi et al., “Rapid growth of Sb₂S₃ thin films by chemical bath deposition with ethylenediamine tetraacetic acid additive,” Applied Surface Science, vol. 451, pp. 272-279, 2018.

[18] J. Escorcia-García et al., “Heterojunction CdS/Sb₂S₃ solar cells using antimony sulfide thin films prepared by thermal evaporation,” Thin Solid Films, vol. 569, pp. 28-34, 2014.

[19] M. B. Costa et al., “Electrodeposition of Fe-doped Sb₂Se₃ thin films for photoelectrochemical applications and study of the doping effects on their properties,” Journal of Solid State Electrochemistry, vol. 22, no. 5, pp. 1557-1562, 2017.

[20] J. Luo et al., “Fabrication of Sb₂S₃ thin films by magnetron sputtering and post-sulfurization/ selenization for substrate structured solar cells,” Journal of Alloys and Compounds, vol. 826, 2020, Art. no. 154235.

[21] W. Wu et al., “Enhanced performance of Close‐Spaced sublimation processed antimony sulfide solar cells via Seed‐Mediated growth,” Advanced Science, vol. 11, no. 46, 2024, Art. no. 2409312.

[22] S. Yuan et al., “Postsurface selenization for high performance Sb₂S₃ Planar Thin film solar cells,” ACS Photonics, vol. 4, no. 11, pp. 2862-2870, 2017.

[23] M. Maienthal, “Lange’s Handbook of Chemistry,” Journal of AOAC INTERNATIONAL, vol. 62, no. 6, pp. 1364-11365, 1979.

[24] L. Zhang et al., “Sb₂S₃ thin films prepared by vulcanizing evaporated metallic precursors,” Materials Letters, vol. 208, pp. 58-61, 2017.

[25] U. Chalapathi et al., “Influence of post-deposition annealing temperature on the growth of chemically deposited Sb₂S₃ thin films,” Superlattices and Microstructures, vol. 141, 2020, Art. no. 106500.

[26] R. Parize et al., “In situ analysis of the crystallization process of Sb₂S₃thin films by Raman scattering and X-ray diffraction,” Materials & Design, vol. 121, pp. 1-10, 2017.

[27] G. S. Rohrer, “The role of grain boundary energy in grain boundary complexion transitions,” Current Opinion in Solid State and Materials Science, vol. 20, no. 5, pp. 231-239, 2016.

[28] J. Henry et al., “Effect of annealing time on the optical properties of AZTSe thin films,” Materials Letters, vol. 201, pp. 105-108, 2017.

[29] I. Validžić et al., “Amorphous non-doped and Se-, Cu-, and Zn-doped Sb₂S₃ nanoparticles prepared by a hot-injection method: bandgap tuning and possible observation of the quantum size effect,” Journal of Nanoparticle Research, vol. 25, 2023, Art. no. 48.

[30] A. N. Kulkarni et al., “Structural and optical properties of nanocrystalline Sb₂S₃ films deposited by chemical solution deposition,” Optical Materials, vol. 46, pp. 536-541, May 2015.

[31] J. Li, X. Liu, and J. Yao, “The Enhanced Photovoltaic Performance of Sb₂S₃ Solar Cells by Thermal Decomposition of Antimony Ethyl Xanthate with Thiourea Doping,” Energy Technology, vol. 8, no. 4, 2019, Art. no. 1900841.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.14011

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ